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JP2002318366A - Observation optical system, imaging optical system, and apparatus using the same - Google Patents

Observation optical system, imaging optical system, and apparatus using the same

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Publication number
JP2002318366A
JP2002318366A JP2001122835A JP2001122835A JP2002318366A JP 2002318366 A JP2002318366 A JP 2002318366A JP 2001122835 A JP2001122835 A JP 2001122835A JP 2001122835 A JP2001122835 A JP 2001122835A JP 2002318366 A JP2002318366 A JP 2002318366A
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JP
Japan
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prism
optical system
axis
observation
image
Prior art date
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JP2001122835A
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Japanese (ja)
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JP4812181B2 (en
JP2002318366A5 (en
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Takahiro Amauchi
隆裕 天内
Tetsuei Takeyama
哲英 武山
Takechika Watabe
壮周 渡部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Olympus Corp
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Priority to US10/125,719 priority patent/US6687029B2/en
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Priority to US10/716,395 priority patent/US6836347B2/en
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    • G02B17/0856Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
    • G02B17/086Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors wherein the system is made of a single block of optical material, e.g. solid catadioptric systems
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  • Optics & Photonics (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an observation optical system which makes the observation of a bright display image possible, facilitates assembly, is strong to impact, such as vibration, is light, is compact and is well corrected of aberrations. SOLUTION: The eyepiece optical member for guiding the observation image formed by an observation image forming material 5 to an exit pupil 1 is constituted by cementing and arranging a first prism 3 having a first incident surface 33 , a reflecting surface 32 and a first exit surface 31 with a first prism medium held in-between and a second prism 4 having a second incident surface 42 and a second exit surface 41 with a second prism medium held in-between by putting a hologram element 6 between the first exit surface 31 and the second incident surface 42 . The reflecting surface 32 has positive power. The first exit surface 31 and the second incident surface 42 are formed of planes or cylindrical surfaces and the hologram element 6 also consists of the plane or the cylindrical surface.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、観察光学系及び撮
像光学系及びそれを用いた装置に関し、特に観察者の頭
部又は顔面に保持することができ、また、携帯電話や携
帯情報端末に付加することができる画像表示装置等に用
いる光学系に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an observation optical system, an imaging optical system, and an apparatus using the same, and more particularly to an observation optical system and an imaging optical system which can be held on the head or face of an observer. The present invention relates to an optical system that can be added to an image display device or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、個人が大画面の画像を楽しむこと
を目的として、画像表示装置、特に、頭部や顔面に装着
するタイプの画像表示装置の開発が盛んになされてい
る。また、近年、携帯電話の普及や携帯情報端末の画像
や文字データを大画面で見たいというニーズが高まって
いる。
2. Description of the Related Art In recent years, an image display device, particularly an image display device of a type worn on the head or face, has been actively developed for the purpose of allowing individuals to enjoy a large-screen image. In recent years, the spread of mobile phones and the need to view images and character data of mobile information terminals on a large screen have been increasing.

【0003】このような中、小さな偏心量を有した凹面
鏡を含むプリズム光学系中に光路を分岐するための斜鏡
としてハーフミラーを用いた光学系が、特開平7−14
0414号、特開平9−171151号で提案されてい
る。
Under such circumstances, an optical system using a half mirror as a diagonal mirror for branching an optical path into a prism optical system including a concave mirror having a small eccentric amount is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-14 / 1995.
0414 and JP-A-9-171151.

【0004】また、米国特許第5,093,567号、
特開2000−241751、特開2000−1807
87では、眼側に三角形状のプリズム及び凸レンズ作用
を有する第1のプリズムを配置し、微小な空気間隔を空
けて第2のプリズムを配置する光学系が提案されてい
る。この微小なプリズム間の空気間隔によるガラスと空
気の屈折率差により発生する全反射現象を利用して、光
量損失なく光路を折り曲げる観察光学系が提案されてい
る。
Also, US Pat. No. 5,093,567,
JP-A-2000-241751, JP-A-2000-1807
No. 87 proposes an optical system in which a triangular prism and a first prism having a convex lens function are arranged on the eye side, and a second prism is arranged with a small air gap. An observation optical system that bends an optical path without loss of light amount by utilizing a total reflection phenomenon generated by a difference in refractive index between glass and air due to an air gap between minute prisms has been proposed.

【0005】また、ホログラム素子を用いた観察光学系
として、米国特許第4,874,214号のものが提案
されている。この観察光学系では、平面の斜鏡面上と球
面基板形状上の2箇所にホログラム素子を用いている。
As an observation optical system using a hologram element, US Pat. No. 4,874,214 has been proposed. In this observation optical system, hologram elements are used at two positions on a plane inclined mirror surface and a spherical substrate shape.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記の特開平7−14
0414号、特開平9−171151号のものでは、プ
リズム光学系内に配置されている斜鏡がハーフミラーで
構成されている。そのため、画像表示素子から射出され
た光が2回にわたりハーフミラーを通過することになる
ため、光量が1/4に低下し、表示画像が暗くなってし
まう。これを防ぐためには、より電力を消費する明るい
照明等を用いて画像表示素子を照明する必要が発生して
しまう。また、光源を明るくすることが消費電力や光源
素子の能力によりできない場合には、明るい太陽下での
表示画像観察ができなくなってしまうことになる。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-14 / 1994.
No. 0414 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-171115, the oblique mirror disposed in the prism optical system is constituted by a half mirror. For this reason, the light emitted from the image display element passes through the half mirror twice, so that the light amount is reduced to 1 / and the displayed image is darkened. In order to prevent this, it is necessary to illuminate the image display element with brighter illumination or the like that consumes more power. If the light source cannot be brightened due to the power consumption or the capability of the light source element, it is impossible to observe the display image under the bright sun.

【0007】また、米国特許第5,093,567号、
特開2000−241751、特開2000−1807
87による観察光学系は、2つのプリズム間に微小な空
気間隔を空けているため、お互いのプリズムの光軸調整
を行う必要が発生する。そのため、組み立てコストが高
くなってしまう。また、これらの観察光学系を含んだ装
置に衝撃や振動が加わった際に光軸ズレが発生しやすい
という問題点が発生する。
Also, US Pat. No. 5,093,567,
JP-A-2000-241751, JP-A-2000-1807
Since the observation optical system 87 has a minute air gap between the two prisms, it is necessary to adjust the optical axes of the prisms. Therefore, the assembly cost increases. Further, there is a problem that the optical axis is likely to be shifted when a shock or vibration is applied to a device including these observation optical systems.

【0008】さらに、米国特許第5,093,567号
で提案されている光学系は、リレー光学系のため、大型
で重量が重くなり、携帯電話や携帯情報端末に付加して
使用することが困難になってしまう。
Further, the optical system proposed in US Pat. No. 5,093,567 is large in size and heavy in weight because it is a relay optical system, and can be used in addition to a portable telephone or a portable information terminal. It will be difficult.

【0009】また、米国特許第4,874,214号で
提案されている観察光学系は、球面に球面形状を有する
ホログラム素子を備えている。ところで、ホログラム素
子には、幾何形状による光学的パワーと、ホログラム素
子の回折効果による光学的パワーとの2種類が存在す
る。例えば、球面形状の基板部材にホログラム素子を設
けた場合の2種類のパワーを図を用いて説明すると、ホ
ログラム素子は、図29(a)に示すように、ホログラ
ム素子内部の周期構造のピッチ等、干渉縞の密度の違い
によるパワーを有し、また、図29(b)に示すよう
に、その幾何形状による光学的パワーを有する。そし
て、幾何形状による光学的パワーは、ホログラム基板の
曲率半径をRとした場合、従来の光学屈折レンズ及び反
射鏡の場合、次式により光学パワーΦを算出することが
できる。
The observation optical system proposed in US Pat. No. 4,874,214 has a hologram element having a spherical shape. By the way, there are two types of hologram elements: an optical power based on a geometric shape and an optical power based on a diffraction effect of the hologram element. For example, two types of power in the case where a hologram element is provided on a spherical substrate member will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 29A, the hologram element has a pitch of a periodic structure inside the hologram element. , And has optical power due to the geometrical shape thereof, as shown in FIG. 29B. When the radius of curvature of the hologram substrate is R, the optical power Φ can be calculated by the following equation in the case of a conventional optical refraction lens and a reflecting mirror.

【0010】屈折系の場合:Φ=(n−1 )(1/R) 表面鏡の場合:Φ=2/R 裏面鏡の場合:Φ=2n/R ただし、Φ:幾何形状による光学パワー n:媒質の屈折率 R:ホログラム基板の曲率半径 したがって、表面鏡と裏面鏡を比較した場合、幾何形状
によってある一定量の光学パワーを得るために、裏面鏡
は表面鏡に対して1 /nだけ緩い曲率半径Rで構成でき
ることが分かる。
In the case of a refraction system: Φ = (n-1) (1 / R) In the case of a front mirror: Φ = 2 / R In the case of a back mirror: Φ = 2n / R, where Φ: optical power n due to geometrical shape : The refractive index of the medium R: the radius of curvature of the hologram substrate Therefore, when comparing the front mirror and the rear mirror, in order to obtain a certain amount of optical power depending on the geometrical shape, the rear mirror is only 1 / n with respect to the front mirror. It can be seen that it can be configured with a gentle radius of curvature R.

【0011】すなわち、裏面鏡のように、反射型ホログ
ラム素子の内部をガラスやプラスチック等の屈折率nの
媒質で満たすことで、幾何形状を緩い曲率半径Rとして
も、大きな幾何形状による光学パワーが得られることを
意味する。
That is, by filling the inside of a reflection type hologram element with a medium having a refractive index of n such as glass or plastic like a back mirror, even if the geometrical shape has a gentle radius of curvature R, the optical power due to the large geometrical shape can be reduced. Means to be obtained.

【0012】このように、緩い曲率半径Rで、大きな光
学パワーを発生させられる構成を光学系に採用すること
で、このホログラム面で発生する収差を抑制することが
できるのである。
As described above, by adopting a configuration in which a large optical power can be generated with a gentle radius of curvature R in the optical system, the aberration generated on the hologram surface can be suppressed.

【0013】しかし、上記米国特許第4,874,21
4号に記載の観察光学系は、平面と球面との間がガラス
やプラスチック媒質で満たされていないため、球面形状
を有する幾何形状による光学パワーを必要量確保するた
めに、幾何形状をより小さな曲率半径Rで構成する必要
がある。
However, US Pat.
In the observation optical system described in No. 4, since the space between the plane and the spherical surface is not filled with the glass or plastic medium, the geometrical shape is reduced to secure a necessary amount of optical power by the spherical shape. It is necessary to use a curvature radius R.

【0014】より小さな曲率半径Rで幾何形状を構成す
ると、この反射面で発生する収差が増大し、良好な画像
表示が困難となってしまう。また、像面と上記平面との
間の光路に光学面が存在しないため、ディストーション
を良好に補正することが困難となってしまう。
If a geometrical shape is formed with a smaller radius of curvature R, aberrations occurring on the reflecting surface will increase, making it difficult to display a good image. Further, since there is no optical surface in the optical path between the image plane and the plane, it becomes difficult to satisfactorily correct the distortion.

【0015】また、米国特許第4,874,214号に
おけるホログラム面は球面である。一般的に、ホログラ
ムを貼り付ける方法としては、基板面にフィルム状のホ
ログラムを貼り付ける方法と、ホログラム記録材料とな
る液体状のフォトポリマー等を基板面に吹き付ける方法
とがあるが、後者の場合、露光及び現像処理を吹きつけ
後に行わなければならず、量産性を考慮すると、貼り付
け前に露光及び現像処理が可能なフィルム状のホログラ
ム素子を基板に貼り付ける方式が好ましい。
The hologram surface in US Pat. No. 4,874,214 is spherical. Generally, as a method of attaching a hologram, there are a method of attaching a film-like hologram to a substrate surface, and a method of spraying a liquid photopolymer or the like serving as a hologram recording material onto the substrate surface. In the latter case, Exposure and development processing must be performed after spraying, and in consideration of mass productivity, a method in which a film-shaped hologram element capable of exposure and development processing is bonded to a substrate before bonding is preferable.

【0016】しかし、一般的に、フィルム状のホログラ
ムは、平面状のものがメーカーから供給されており、3
次元曲面に平面状のフィルムタイプのホログラム素子を
均一に貼り付けることは容易ではない。
However, generally, a hologram in the form of a film is supplied in a flat form from a manufacturer.
It is not easy to uniformly attach a planar film-type hologram element to a three-dimensional curved surface.

【0017】本発明はこのような従来技術の問題点を解
決するためになされたものであり、その目的は、明るい
表示画像の観察が可能であり、組み立てが容易で、振動
等の衝撃に強く、軽く、コンパクトで、さらに、良好に
収差補正された表示画像の観察が可能な画像表示装置用
の観察光学系、さらには撮像光学系、及び、それらを用
いた装置を提供することである。
The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and its object is to enable observation of a bright display image, to be easy to assemble, and to be resistant to shocks such as vibration. It is an object of the present invention to provide an observation optical system for an image display device, which is light, compact, and capable of observing a display image in which aberrations are well corrected, an imaging optical system, and an apparatus using the same.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の観察光学系は、観察者が観察する観察像を形成する
観察像形成部材と、前記観察像形成部材によって形成さ
れた観察像を観察者眼球位置に形成される射出瞳に導く
接眼光学部材とを有する観察光学系において、前記接眼
光学部材が、少なくとも、第1プリズム部材と第2プリ
ズム部材とを含み、前記第1プリズムが、少なくとも、
第1プリズム媒質を間に挟んで、前記観察像からの光線
を前記第1プリズム内に入射させる第1入射面と、前記
第1プリズム内で光線を反射させる反射面と、前記第1
プリズム外に光線を射出させる第1射出面とを有し、前
記第2プリズムが、少なくとも、第2プリズム媒質を間
に挟んで、前記第1プリズムから射出した光線を前記第
2プリズム内に入射させる第2入射面と、前記第2プリ
ズム外に光線を射出させる第2射出面とを有し、前記第
1プリズムと前記第2プリズムとが、前記第1射出面と
前記第2入射面との間にホログラム素子を挟んで接合配
置されるように構成され、前記第1プリズムの前記反射
面が、反射時に光線に正のパワーを与えるような凹面形
状の曲面に形成され、前記第1射出面と前記第2入射面
とが平面あるいはシリンドリカル面から形成されている
か、あるいは、次に条件を満たす球面又はトーリック面
から形成されていることを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided an observation optical system comprising: an observation image forming member for forming an observation image to be observed by an observer; and an observation image formed by the observation image formation member. In an observation optical system having an eyepiece optical member that guides to an exit pupil formed at an observer's eyeball position, the eyepiece optical member includes at least a first prism member and a second prism member, and the first prism includes: at least,
A first incident surface for interposing a first prism medium between the first prism medium and a light incident from the observation image into the first prism; a reflecting surface for reflecting the light inside the first prism;
A first emission surface for emitting a light beam outside the prism, wherein the second prism receives at least a light beam emitted from the first prism into the second prism with a second prism medium interposed therebetween. And a second exit surface for emitting light rays out of the second prism. The first prism and the second prism are connected to the first exit surface and the second incident surface. And the reflection surface of the first prism is formed into a concave curved surface that gives a positive power to a light ray when reflected, and the first emission The surface and the second incident surface may be formed from a flat surface or a cylindrical surface, or may be formed from a spherical surface or a toric surface satisfying the following conditions.

【0019】 −2.0<Da/Ra<2.0 ・・・(2) −0.05<Db/Rb<0.05 ・・・(3) ただし、Ra、Daは曲率の大きい方の軸における曲率
半径と外径であり、Rb、Dbは曲率の小さい方の軸に
おける曲率半径と外径である。
-2.0 <Da / Ra <2.0 (2) -0.05 <Db / Rb <0.05 (3) where Ra and Da are larger in curvature. Rb and Db are the radius of curvature and the outer diameter of the axis having the smaller curvature, respectively.

【0020】また、上記目的を達成する本発明の撮像光
学系は、像面に配置された、物体像を撮像する撮像素子
と、瞳面に配置された、物体からの光束の明るさを絞る
明るさ絞りと、前記像面と前記瞳面との間に配置され
た、前記物体像を前記像面に導く結像光学部材とを有す
る撮像光学系において、前記結像光学部材が少なくと
も、第2プリズム部材と第1プリズム部材とを含み、前
記第2プリズムが、少なくとも、第2プリズム媒質を間
に挟んで、前記明るさ絞りを通過した物体からの光線を
前記第2プリズム内に入射させる第3入射面と、前記第
2プリズム外に光線を射出させる第3射出面とを有し、
前記第1プリズムが、少なくとも、第1プリズム媒質を
間に挟んで、前記第2プリズムから射出した光線を前記
第1プリズム内に入射させる第4入射面と、前記第1プ
リズム内で光線を反射させる反射面と、前記第1プリズ
ム外に光線を射出させる第4射出面とを有し、前記第2
プリズムと前記第1プリズムとが、前記第3射出面と前
記第4入射面との間にホログラム素子を挟んで接合配置
されるように構成され、前記第1プリズムの前記反射面
が、反射時に光線に正のパワーを与えるような凹面形状
の曲面に形成され、前記第3射出面と前記第4入射面と
が平面あるいはシリンドリカル面から形成されている
か、あるいは、次に条件を満たす球面又はトーリック面
から形成されていることを特徴とするものである。
According to another aspect of the present invention, there is provided an image pickup optical system for picking up an object image, which is arranged on an image plane, and for reducing the brightness of a light beam from an object, arranged on a pupil plane. In an imaging optical system having a brightness stop and an imaging optical member arranged between the image plane and the pupil plane, for guiding the object image to the image plane, the imaging optical member is at least a A second prism member and a first prism member, wherein the second prism causes a light beam from an object that has passed through the aperture stop to enter the second prism at least with a second prism medium interposed therebetween. A third incident surface, and a third exit surface for emitting a light beam outside the second prism;
The first prism has at least a fourth incident surface on which the light emitted from the second prism enters the first prism with the first prism medium interposed therebetween, and reflects the light inside the first prism. And a fourth exit surface for emitting a light beam outside the first prism.
The prism and the first prism are configured so as to be joined and disposed with the hologram element interposed between the third exit surface and the fourth incident surface, and the reflection surface of the first prism is configured to reflect light when reflected. The third exit surface and the fourth entrance surface are formed of a flat surface or a cylindrical surface, or a spherical surface or a toric that satisfies the next condition. It is characterized by being formed from a surface.

【0021】 −2.0<Da/Ra<2.0 ・・・(2) −0.05<Db/Rb<0.05 ・・・(3) ただし、Ra、Daは曲率の大きい方の軸における曲率
半径と外径であり、Rb、Dbは曲率の小さい方の軸に
おける曲率半径と外径である。
-2.0 <Da / Ra <2.0 (2) -0.05 <Db / Rb <0.05 (3) where Ra and Da are larger in curvature. Rb and Db are the radius of curvature and the outer diameter of the axis having the smaller curvature, respectively.

【0022】以下、本発明において上記構成をとる理由
と作用を説明する。
Hereinafter, the reason and operation of the above configuration in the present invention will be described.

【0023】まず、観察光学系について説明する。First, the observation optical system will be described.

【0024】本発明による観察光学系は、観察者が観察
する観察像を形成する観察像形成部材と、前記観察像形
成部材によって形成された観察像を観察者眼球位置に形
成される射出瞳に導く接眼光学部材とを有する観察光学
系において、前記接眼光学部材が、少なくとも、第1プ
リズム部材と第2プリズム部材とを含み、前記第1プリ
ズムが、少なくとも、第1プリズム媒質を間に挟んで、
前記観察像からの光線を前記第1プリズム内に入射させ
る第1入射面と、前記第1プリズム内で光線を反射させ
る反射面と、前記第1プリズム外に光線を射出させる第
1射出面とを有し、前記第2プリズムが、少なくとも、
第2プリズム媒質を間に挟んで、前記第1プリズムから
射出した光線を前記第2プリズム内に入射させる第2入
射面と、前記第2プリズム外に光線を射出させる第2射
出面とを有している。
An observation optical system according to the present invention comprises an observation image forming member for forming an observation image to be observed by an observer, and an observation image formed by the observation image formation member on an exit pupil formed at an observer's eyeball position. In an observation optical system having an eyepiece optical member for guiding, the eyepiece optical member includes at least a first prism member and a second prism member, and the first prism has at least a first prism medium interposed therebetween. ,
A first incident surface that causes light rays from the observation image to enter the first prism, a reflecting surface that reflects light rays within the first prism, and a first emission surface that emits light rays outside the first prism. And the second prism has at least:
There is a second incident surface through which a light beam emitted from the first prism enters the second prism with a second prism medium interposed therebetween, and a second exit surface through which the light beam exits outside the second prism. are doing.

【0025】このように、接眼光学部材の内部をガラス
やプラスチック材料等で満たすことで、各光学作用面の
面形状による光学的パワーを大きくし、球面収差やコマ
収差等の収差を良好に補正している。
As described above, by filling the inside of the eyepiece optical member with glass or plastic material, the optical power due to the surface shape of each optical working surface is increased, and aberrations such as spherical aberration and coma aberration are favorably corrected. are doing.

【0026】また、本発明の観察光学系は、上記構成に
加えて、前記第1プリズムと前記第2プリズムとが、前
記第1射出面と前記第2入射面との間にホログラム素子
を挟んで接合配置されるように構成する。
Further, in the observation optical system according to the present invention, in addition to the above configuration, the first prism and the second prism sandwich a hologram element between the first exit surface and the second entrance surface. It is configured so as to be joined and arranged.

【0027】光路を分岐するための斜鏡にホログラム素
子を用いれば、反射回折時に100%近い回折効率を得
ることができ、光量損失のない明るい画像表示が可能に
なる。また、画像表示素子(観察像形成部材)側のプリ
ズムと眼側のプリズムとの2つのプリズムをホログラム
素子を挟んで接合させて1つの部材として構成すれば、
空気間隔の存在による組み立て時の光軸ズレやセッティ
ングの煩雑性を解消でき、組み立てが容易で、振動等の
衝撃に強い観察光学系を達成することができる。
If a hologram element is used as a diagonal mirror for branching the optical path, a diffraction efficiency close to 100% can be obtained at the time of reflection diffraction, and a bright image display without loss of light quantity can be realized. Further, if two prisms, a prism on the image display element (observation image forming member) side and a prism on the eye side, are joined to each other with a hologram element interposed therebetween to constitute one member,
It is possible to eliminate the misalignment of the optical axis and the complicated setting during the assembly due to the presence of the air gap, and to achieve an observation optical system that is easy to assemble and resistant to shocks such as vibration.

【0028】また、ホログラム素子を第1プリズムと第
2プリズムで挟んで接合すれば、ホログラム素子を防塵
できるので、別個に防塵部材を設けなくてもゴミ等が拡
大観察されてしまうのを防ぐことができ、また、外部か
らのホログラム素子への水分の侵入によりホログラム素
子が膨張して回折効率のピーク波長が変化してしまうの
を防ぐことができる。
Further, if the hologram element is sandwiched between the first prism and the second prism and joined, the hologram element can be protected from dust. Therefore, it is possible to prevent dust and the like from being magnified and observed without providing a separate dust protection member. In addition, it is possible to prevent the hologram element from expanding due to the invasion of moisture from the outside into the hologram element and changing the peak wavelength of diffraction efficiency.

【0029】さらに、本発明の観察光学系は、上記構成
に加えて、第1プリズムの前記反射面を、反射時に光線
に正のパワーを与えるような凹面形状の曲面に形成す
る。
Further, in the observation optical system according to the present invention, in addition to the above-mentioned configuration, the reflecting surface of the first prism is formed into a concave curved surface which gives a positive power to the light beam when reflected.

【0030】また、本発明の観察光学系は、画像表示素
子から眼の間に中間像を形成しない。すなわち、リレー
光学系を持たないため、軽くコンパクトな観察光学系と
して構成されている。
Further, the observation optical system of the present invention does not form an intermediate image between the image display device and the eye. That is, since it has no relay optical system, it is configured as a light and compact observation optical system.

【0031】さらに、本発明の観察光学系は、第1プリ
ズムの第1入射面を、透過時に光線にパワーを与えるよ
うな曲面形状に形成し、第2プリズムの第2射出面を、
透過時に光線にパワーを与えるような曲面形状に形成す
ることが望ましい。
Further, in the observation optical system of the present invention, the first entrance surface of the first prism is formed into a curved surface shape that gives power to light rays when transmitted, and the second exit surface of the second prism is
It is desirable to form the light beam into a curved surface that gives power to the light beam when transmitted.

【0032】また、本発明の観察光学系は、第1プリズ
ム媒質と第2プリズム媒質とを、同種の媒質で構成する
のが好ましい。
In the observation optical system of the present invention, it is preferable that the first prism medium and the second prism medium are composed of the same kind of medium.

【0033】また、本発明の観察光学系は、第1プリズ
ムの第1射出面の面形状と第2プリズムの第2入射面の
面形状とを、略同一形状にて構成するのが好ましい。
Further, in the observation optical system of the present invention, it is preferable that the surface shape of the first exit surface of the first prism and the surface shape of the second incident surface of the second prism are substantially the same.

【0034】なお、ここで、略同一形状とは、製造誤差
の範囲での面形状の相違は許容する趣旨である。
Here, the term “substantially the same shape” means that a difference in surface shape within a range of a manufacturing error is allowed.

【0035】また、本発明の観察光学系は、第1プリズ
ムと第2プリズムの備えた光線を透過及び反射させる光
学作用面以外の非光学作用面に、ゴースト光が観察者の
眼球へ入射しないようなゴースト光除去部材を設けるの
が好ましい。
In the observation optical system of the present invention, ghost light does not enter the observer's eyeball on non-optically active surfaces other than the optically active surfaces of the first prism and the second prism that transmit and reflect light rays. It is preferable to provide such a ghost light removing member.

【0036】ゴースト光除去部材は、第1プリズムの第
1入射面を上面と定義したときの接眼光学部材の底面及
び側面に設けることが効果的である。さらに、第1入射
面内の光線有効径外や、第1プリズムの反射面内の光線
有効径外や、第2プリズムの第2射出面内の光線有効径
外の領域も非光学作用面に含まれ、この部分にゴースト
光除去部材を設けることも有効である。
It is effective to provide the ghost light removing member on the bottom and side surfaces of the eyepiece optical member when the first incident surface of the first prism is defined as the upper surface. Further, areas outside the effective beam diameter in the first incident surface, outside the effective beam diameter in the reflecting surface of the first prism, and outside the effective beam diameter in the second exit surface of the second prism are also non-optically active surfaces. It is also effective to provide a ghost light removing member in this part.

【0037】また、本発明の観察光学系は、第1プリズ
ムの第1入射面の面形状が回転非対称な曲面形状にて構
成されているのが好ましい。
In the observation optical system according to the present invention, it is preferable that the first incident surface of the first prism has a rotationally asymmetric curved surface.

【0038】このように、画像表示素子等の画像形成部
材の前面に透過面(第1プリズムの第1入射面)を配置
すれば、ディストーションを良好に補正することができ
る。なお、この画像形成部材の前面の形状は回転対称面
で構成することも可能であるが、観察光学系の小型化を
目的として光学作用面を偏心配置した際の偏心収差を補
正するためには、自由曲面を用いることが更に望まし
い。
As described above, by disposing the transmission surface (the first incidence surface of the first prism) on the front surface of the image forming member such as the image display device, the distortion can be corrected well. The shape of the front surface of the image forming member can be formed by a rotationally symmetric surface.However, in order to reduce the eccentric aberration when the optical working surface is eccentrically arranged for the purpose of miniaturizing the observation optical system, It is more desirable to use a free-form surface.

【0039】また、本発明の観察光学系は、第1プリズ
ムの第1入射面の回転非対称な曲面形状が、対称面が1
面のみの自由曲面にて構成され、その唯一の対称面が、
光軸の折り返し面(Y−Z平面)に一致しているのが好
ましい。
In the observation optical system according to the present invention, the rotationally asymmetric curved surface of the first entrance surface of the first prism has a symmetrical surface of one.
It is composed of a free-form surface consisting only of surfaces, and its only symmetry surface is
It preferably coincides with the folded surface (YZ plane) of the optical axis.

【0040】また、本発明の観察光学系は、ホログラム
素子が光線を反射回折により回転対称成分と回転非対称
成分の両方の倍率色収差を補正するように構成されてい
るのが好ましい。
It is preferable that the observation optical system of the present invention is configured such that the hologram element corrects the chromatic aberration of magnification of both the rotationally symmetric component and the rotationally asymmetric component by reflecting and diffracting the light beam.

【0041】反射型ホログラム素子で回転対称成分及び
回転非対称成分の倍率色収差補正を行うことで高いコン
トラストが実現できる。
High contrast can be realized by correcting the chromatic aberration of magnification of the rotationally symmetric component and the rotationally asymmetric component with the reflection type hologram element.

【0042】そして、本発明の観察光学系は、第1プリ
ズムと第2プリズムの間に接合配置されるホログラム素
子が反射型ホログラムからなるが、そのホログラム素子
の面の傾斜角度は、視軸(観察光学系の最も射出瞳側の
面から射出瞳に到る軸上主光線)に対して45°からズ
レた角度とすることで、観察光学系の全厚を薄型化し、
コンパクト化と軽量化を実現することができる。ホログ
ラム素子からなる斜鏡を45°からズラしたことにより
発生する偏心収差を補正するため、画像表示素子からの
光をプリズムへ入射する面、反射型ホログラム素子から
の回折光を反射する面、眼の前の面にそれぞれ自由曲面
を配置し、さらに、反射型ホログラム素子面の基板形状
にパワーを持たせることで、良好にコマ収差及び像面湾
曲を補正している。
In the observation optical system of the present invention, the hologram element joined and disposed between the first prism and the second prism comprises a reflection type hologram. By making the angle deviated from 45 ° with respect to the axial principal ray from the surface of the observation optical system closest to the exit pupil to the exit pupil), the total thickness of the observation optical system is reduced,
Compactness and light weight can be realized. In order to correct the eccentric aberration caused by shifting the oblique mirror composed of the hologram element from 45 °, the surface from which the light from the image display device is incident on the prism, the surface which reflects the diffracted light from the reflective hologram element, the eye A free-form surface is arranged on each of the surfaces in front of the hologram element, and the substrate shape of the reflective hologram element surface is given a power, so that the coma aberration and the field curvature are favorably corrected.

【0043】すなわち、図24に示すように、軸上主光
線2とホログラム素子6の基板面とが交わる位置Aにお
ける接平面と観察光学系の最も射出瞳側の面41 から射
出瞳1に到る軸上主光線2とのなす角度をθとしたと
き、下式を満足することが重要である。
[0043] That is, as shown in FIG. 24, from the surface 4 1 of the axial principal ray 2 and most exit pupil side of the tangent plane and the observation optical system at the position A and the substrate surface intersects the holographic optical element 6 to the exit pupil 1 It is important that the following formula is satisfied, where θ is the angle formed by the on-axis principal ray 2.

【0044】 45°<θ<85° ・・・(1) この条件(1)の下限の45°を越えて角度θが小さく
なると、ホログラム素子からなる斜鏡の傾きが小さくな
りすぎ、観察光学系が厚くなり、大型で重量の重い観察
光学系となってしまう。上限の85°を越えて角度θが
大きくなると、観察光学系の偏心量が大きくなりすぎ、
偏心収差の補正が困難となり、コントラストが高く、デ
ィストーションが良好に補正された画像観察が困難とな
る。
45 ° <θ <85 ° (1) When the angle θ is smaller than the lower limit of 45 ° of the condition (1), the inclination of the oblique mirror composed of the hologram element becomes too small, and the observation optics becomes too small. The system becomes thick, resulting in a large and heavy observation optical system. When the angle θ is larger than the upper limit of 85 °, the eccentricity of the observation optical system is too large,
It becomes difficult to correct the eccentric aberration, and it becomes difficult to observe an image in which the contrast is high and the distortion is well corrected.

【0045】さらに望ましくは、下式を満足することが
重要である。
More desirably, it is important to satisfy the following expression.

【0046】 55°<θ<80° ・・・(1−1) この条件式の下限及び上限の意味は前述と同様である。55 ° <θ <80 ° (1-1) The meanings of the lower limit and the upper limit of this conditional expression are the same as described above.

【0047】さらに望ましくは、下式を満足することが
重要である。
More desirably, it is important to satisfy the following expression.

【0048】 65°<θ<75° ・・・(1−2) この条件式の下限及び上限の意味は前述と同様である。65 ° <θ <75 ° (1-2) The meanings of the lower limit and the upper limit of this conditional expression are the same as described above.

【0049】また、本発明の観察光学系は、第1プリズ
ム部材と第2プリズム部材とで観察光学系の内部をガラ
スやプラスチック材料等で満たすことにより、各光学作
用面の面形状による光学的パワーを大きくし、コマ収差
及び像面湾曲等の収差を良好に補正している。
In the observation optical system of the present invention, the first prism member and the second prism member fill the interior of the observation optical system with glass, plastic material, or the like, so that the optical shape of each optical working surface can be improved. The power is increased, and aberrations such as coma and field curvature are satisfactorily corrected.

【0050】ところで、本発明において斜鏡に配置して
いる反射型のホログラム素子は、フィルムタイプの平面
のホログラム素子であることが一般的であり、この平面
のホログラム素子を貼り付ける基板である第1プリズム
の第1射出面と第2プリズムの第2入射面の形状は、平
面及びシリンドリカル面であることが望ましい。
Incidentally, in the present invention, the reflection type hologram element arranged on the oblique mirror is generally a film type flat hologram element, and the first hologram element is a substrate to which this flat hologram element is attached. The first exit surface of one prism and the second entrance surface of the second prism are desirably a flat surface and a cylindrical surface.

【0051】また、このような平面のホログラム素子を
貼り付ける基板として、球面又はトーリック面であって
も、次の条件式を満足する場合は、このような平面のホ
ログラム素子を用いて量産化することが可能である。
Further, even if the substrate to which such a plane hologram element is adhered is a spherical or toric surface, if the following conditional expression is satisfied, mass production is performed using such a plane hologram element. It is possible.

【0052】 −2.0<Da/Ra<2.0 ・・・(2) −0.05<Db/Rb<0.05 ・・・(3) ただし、Ra、Daは曲率の大きい方の軸における曲率
半径と外径であり、Rb、Dbは曲率の小さい方の軸に
おける曲率半径と外径である。
-2.0 <Da / Ra <2.0 (2) -0.05 <Db / Rb <0.05 (3) where Ra and Da are larger in curvature. Rb and Db are the radius of curvature and the outer diameter of the axis having the smaller curvature, respectively.

【0053】上記条件式(2)と(3)において、下限
のそれぞれ−2.0、−0.05は凹面に対してホログ
ラム素子の貼り付けの場合の制限であり、上限のそれぞ
れ2.0、0.05は凸面に対して貼り付けの場合の制
限である。上記条件式の上下限の限界を越えると、曲面
の周辺部で平面のホログラム素子が皺になるため、均一
な貼り合わせが困難となり、ホログラム素子の光学的な
性能が得られなくなる。
In the above conditional expressions (2) and (3), the lower limits of -2.0 and -0.05 are the limits in the case of attaching the hologram element to the concave surface, and the upper limits of 2.0 and -0.05, respectively. , 0.05 are the restrictions when pasting to the convex surface. If the upper and lower limits of the above conditional expression are exceeded, the flat hologram element becomes wrinkled at the periphery of the curved surface, so that uniform bonding becomes difficult and the optical performance of the hologram element cannot be obtained.

【0054】さらに望ましくは、下式を満足することが
重要である。
More preferably, it is important to satisfy the following expression.

【0055】 −2.0<Da/Ra<2.0 ・・・(2−1) −0.02<Db/Rb<0.02 ・・・(3−1) これらの条件式の下限及び上限の意味は前述と同様であ
る。
−2.0 <Da / Ra <2.0 (2-1) −0.02 <Db / Rb <0.02 (3-1) The lower limit of these conditional expressions and The meaning of the upper limit is the same as described above.

【0056】さらに望ましくは、下式を満足することが
重要である。
More preferably, it is important to satisfy the following expression.

【0057】 −2.0<Da/Ra<2.0 ・・・(2−2) −0.015<Db/Rb<0.015 ・・・(3−2) これらの条件式の下限及び上限の意味は前述と同様であ
る。
-2.0 <Da / Ra <2.0 (2-2) -0.015 <Db / Rb <0.015 (3-2) The lower limit of these conditional expressions and The meaning of the upper limit is the same as described above.

【0058】また、本発明の観察光学系は、第2プリズ
ムの第2射出面の面形状が、接眼光学部材で発生する回
転非対称なコマ収差又は非点収差の少なくとも一方の回
転非対称な収差を補正する作用を持った回転非対称な曲
面形状にて構成されているのが好ましい。
Further, in the observation optical system according to the present invention, the surface shape of the second exit surface of the second prism is such that at least one of rotationally asymmetric coma and astigmatism generated by the eyepiece optical member is eliminated. It is preferable that it is constituted by a rotationally asymmetric curved surface shape having a function of correcting.

【0059】また、本発明の観察光学系は、第2プリズ
ムの第2射出面の回転非対称な曲面形状は、対称面が1
面のみの自由曲面にて構成され、前記唯一の対称面は、
光軸の折り返し面(Y−Z平面)に一致しているのが好
ましい。
In the observation optical system of the present invention, the rotationally asymmetric curved surface of the second exit surface of the second prism has a symmetric surface of 1
It is composed of free-form surfaces only, and the only symmetric surface is
It preferably coincides with the folded surface (YZ plane) of the optical axis.

【0060】また、本発明において、第1プリズムを構
成する面及び第2プリズムを構成する面は、回転非対称
なディストーション補正やテレセントリック性の良好な
光学系とするために自由曲面等の回転非対称な面が望ま
しいが、球面、非球面、アナモルフィック面等の回転対
称な面で構成することも可能である。
In the present invention, the surface constituting the first prism and the surface constituting the second prism are rotationally asymmetric such as a free-form surface in order to provide rotationally asymmetric distortion correction and an optical system having good telecentricity. Although a surface is desirable, it is also possible to form a rotationally symmetric surface such as a spherical surface, an aspherical surface, or an anamorphic surface.

【0061】本発明の観察光学系では、観察像形成部材
で形成された観察像からの光束を第1入射面を透過させ
ることで第1プリズム内に入射させ、入射した光束を体
積型ホログラムに対し角度選択性の範囲内にある第1の
入射角度で入射させて反射回折させた後に、反射面で反
射させている。反射された光束は体積型ホログラム面に
第2の入射角度でもって再入射するが、体積型ホログラ
ムの角度選択性の範囲から外れるため、回折効率が極め
て低くなり、実質的にはそのまま第1射出面を素通りし
て、第2入射面を透過して第2プリズム内へと射出され
る。
In the observation optical system of the present invention, the light beam from the observation image formed by the observation image forming member is transmitted through the first incident surface to enter the first prism, and the incident light beam is converted into a volume hologram. On the other hand, the light is incident at a first incident angle within the range of the angle selectivity, is reflected and diffracted, and then is reflected by the reflecting surface. The reflected light beam re-enters the volume hologram surface at the second angle of incidence, but falls outside the range of the angle selectivity of the volume hologram, so that the diffraction efficiency becomes extremely low, and the first exit is substantially performed as it is. The light passes through the surface, passes through the second incident surface, and is emitted into the second prism.

【0062】第2プリズム内へ入射した光束は、第2射
出面をそのまま透過し、第2プリズムから射出されて、
観察者の眼球へと導かれることとなる。
The light beam entering the second prism passes through the second exit surface as it is, exits from the second prism, and
It will be guided to the observer's eyeball.

【0063】なお、本発明の観察光学系は、第1プリズ
ムの第1入射面と観察像形成部材との間に、例えば、プ
リズム、平行平板状のガラス、あるいは正又は負レンズ
等の光学部材を配置してもよい。
The observation optical system according to the present invention comprises an optical member such as a prism, a parallel plate glass, or a positive or negative lens between the first entrance surface of the first prism and the observation image forming member. May be arranged.

【0064】また、本発明の観察光学系は、第2プリズ
ムの第2射出面と射出瞳との間に、例えば、プリズム、
平行平板状のガラス、あるいは、正又は負レンズ等の光
学部材を配置してもよい。
In addition, the observation optical system of the present invention includes, for example, a prism, between the second exit surface of the second prism and the exit pupil.
An optical member such as a parallel plate glass or a positive or negative lens may be arranged.

【0065】ところで、例えば画像表示素子にLCD
(液晶表示素子)等の画像表示素子の場合、テレセント
リック性の良好な光学系で拡大表示することが高コント
ラストな画像表示をするために必要である。また、後記
するように、本発明の光学系のこれらの構成は、観察光
学系だけでなく撮像光学系への適用も可能であるが、そ
の場合に、CCD等の撮像素子を用いる際にも、テレセ
ントリック性の良好な光学系で撮像することが、シェー
ディング等を防ぐために重要である。
By the way, for example, an LCD is used for an image display element.
In the case of an image display device such as a (liquid crystal display device), it is necessary to perform enlarged display with an optical system having good telecentricity in order to display a high-contrast image. In addition, as described later, these configurations of the optical system of the present invention can be applied not only to the observation optical system but also to the imaging optical system. It is important to capture an image with an optical system having good telecentricity in order to prevent shading or the like.

【0066】本発明においては、光学系全系の焦点距離
に対してアイリリーフが長いため、画像表示素子に対し
て軸外光束の主光線が収束していく方向に傾いている。
光学系のテレセントリック性を高くし、小型で、さらに
アイリリーフの長い光学系を実現するためには、光路中
の画像表示素子(撮像素子)近くに負のパワーを配置
し、眼側(物体側)に正のパワーを配置することが望ま
しい。
In the present invention, since the eye relief is long with respect to the focal length of the entire optical system, the principal ray of the off-axis light beam is inclined toward the image display element in the direction of convergence.
In order to increase the telecentricity of the optical system, to realize a compact optical system with a long eye relief, place a negative power near the image display device (imaging device) in the optical path, and place it on the eye side (object side). It is desirable to place a positive power in ().

【0067】これはレトロフォーカスタイプの光学系を
反転した構成となる。すなわち、光学系中で画像表示素
子に近い斜鏡面に負のパワーを持つことが重要であり、
特に、アスペクトの異なるような画面全面でテレセント
リック性を確保すためには、斜鏡面のアスペクト比が大
きいほうの軸に対応する斜鏡面の負のパワーが大きいこ
とが重要である。
This is a configuration in which the retrofocus type optical system is inverted. That is, it is important to have negative power on the oblique mirror surface near the image display element in the optical system,
In particular, in order to ensure telecentricity over the entire screen having different aspects, it is important that the negative power of the oblique mirror corresponding to the axis having the larger aspect ratio of the oblique mirror is large.

【0068】また、X軸方向に無偏心である場合(後記
の全ての実施例)、画像表示素子のX軸方向の長さがD
x、Y軸方向の長さがDyであるとき、つまり、アスペ
クト比がDx:Dyであるとき、かつ、斜鏡面のX軸方
向の曲率半径がRxでY軸方向の曲率半径がRyあると
き、次の条件式を満足するならば、テレセントリック性
を確保でき、光学性能が良好である。
When there is no eccentricity in the X-axis direction (all embodiments described later), the length of the image display element in the X-axis direction is D
When the length in the x and Y axis directions is Dy, that is, when the aspect ratio is Dx: Dy, and when the radius of curvature of the oblique mirror surface in the X axis direction is Rx and the radius of curvature in the Y axis direction is Ry If the following conditional expressions are satisfied, telecentricity can be ensured and optical performance is good.

【0069】 −1.0≦Dx/Rx≦0 ・・・(4) −1.0≦Dx/Ry≦0 ・・・(5) これらの条件式の上限の0を越えるときは、斜鏡面が正
のパワーを持つため、主光線傾角がさらに収束する方向
へ傾き、コントラストの高い画像を画像表示素子から取
り込めなくなり、下限の−1.0を越えるときは、画像
表示素子が大きすぎるか、斜鏡面の負のパワーが大きす
ぎるために、主光線傾角が発散気味になり、コントラス
トの高い画像を画像表示素子から取り込めなくなる。
−1.0 ≦ Dx / Rx ≦ 0 (4) −1.0 ≦ Dx / Ry ≦ 0 (5) If the upper limit of 0 in these conditional expressions is exceeded, the oblique mirror surface Has a positive power, it tilts in the direction in which the chief ray tilt angle further converges, and it becomes impossible to capture a high-contrast image from the image display element. When the lower limit of -1.0 is exceeded, the image display element is too large or Since the negative power of the oblique mirror surface is too large, the inclination of the principal ray tends to be divergent, and an image with high contrast cannot be taken from the image display device.

【0070】さらに望ましくは、下式を満足することが
重要である。
More desirably, it is important to satisfy the following expression.

【0071】 −0.5≦Dx/Rx≦0 ・・・(4−1) −0.5≦Dx/Ry≦0 ・・・(5−1) これらの条件式の下限及び上限の意味は前述と同様であ
る。
−0.5 ≦ Dx / Rx ≦ 0 (4-1) −0.5 ≦ Dx / Ry ≦ 0 (5-1) The meanings of the lower and upper limits of these conditional expressions are as follows. Same as above.

【0072】さらに望ましくは、下式を満足することが
重要である。
More preferably, it is important to satisfy the following expression.

【0073】 −0.1≦Dx/Rx≦0 ・・・(4−2) −0.1≦Dx/Ry≦0 ・・・(5−2) これらの条件式の下限及び上限の意味は前述と同様であ
る。
−0.1 ≦ Dx / Rx ≦ 0 (4-2) −0.1 ≦ Dx / Ry ≦ 0 (5-2) The meanings of the lower and upper limits of these conditional expressions are as follows. Same as above.

【0074】以上のような構成にすれば、平面及びシリ
ンドリカル面の基板形状を持つ斜鏡面にホログラム素子
を用いるか、平面のホログラム素子の貼り付けた場合に
周辺部でホログラム素子が皺にならない条件(2)、
(3)を満たす球面又はトーリック面の基板形状を持つ
斜鏡面にホログラム素子を用いることによって、光路分
岐のためのハーフミラーを設けたり、空気間隔を設ける
必要がないので、光量ロスが少なく明るい表示画像の観
察が可能であり、しかも、組み立てが容易で、振動等の
衝撃に強く、軽く、コンパクトで、さらに、ホログラム
の貼り合わせが容易で、かつ、良好に補正された表示画
像の観察が可能な観察光学系及びそれを用いた装置が得
られる。
With the above configuration, the hologram element is used on the oblique mirror surface having the substrate shape of the flat surface and the cylindrical surface, or the condition that the hologram element does not wrinkle in the peripheral portion when the flat hologram element is attached. (2),
(3) By using a hologram element on an oblique mirror surface having a spherical or toric substrate shape that satisfies (3), it is not necessary to provide a half mirror for branching the optical path or provide an air gap. It is possible to observe images, and it is easy to assemble, resistant to vibration and other shocks, light and compact, and easy to attach holograms, and it is possible to observe well-corrected display images. Observation optical system and apparatus using the same can be obtained.

【0075】なお、本発明の光学系のこれらの構成は、
観察系だけでなく撮像系への適用も可能である。
Incidentally, these configurations of the optical system of the present invention are as follows.
Application to not only an observation system but also an imaging system is possible.

【0076】本発明の撮像光学系は、像面に配置され
た、物体像を撮像する撮像素子と、瞳面に配置された、
物体からの光束の明るさを絞る明るさ絞りと、前記像面
と前記瞳面との間に配置された、前記物体像を前記像面
に導く結像光学部材とを有する撮像光学系において、前
記結像光学部材が少なくとも、第2プリズム部材と第1
プリズム部材とを含み、前記第2プリズムが、少なくと
も、第2プリズム媒質を間に挟んで、前記明るさ絞りを
通過した物体からの光線を前記第2プリズム内に入射さ
せる第3入射面と、前記第2プリズム外に光線を射出さ
せる第3射出面とを有し、前記第1プリズムが、少なく
とも、第1プリズム媒質を間に挟んで、前記第2プリズ
ムから射出した光線を前記第1プリズム内に入射させる
第4入射面と、前記第1プリズム内で光線を反射させる
反射面と、前記第1プリズム外に光線を射出させる第4
射出面とを有している。また、前記第2プリズムと前記
第1プリズムとを、前記第3射出面と前記第4入射面と
の間にホログラム素子を挟んで接合配置されるように構
成する。さらに、前記第1プリズムの有する前記反射面
を、反射時に光線に正のパワーを与えるような凹面形状
の曲面に形成する。
An image pickup optical system according to the present invention includes an image pickup device for picking up an object image, which is disposed on an image plane, and an image pickup element, which is disposed on a pupil plane.
In an imaging optical system having a brightness stop for reducing the brightness of a light beam from an object, and an imaging optical member arranged between the image plane and the pupil plane, for guiding the object image to the image plane, The imaging optical member includes at least a second prism member and a first prism member.
A prism member, wherein the second prism has at least a third incident surface that interposes a second prism medium and allows light rays from an object that has passed through the aperture stop to enter the second prism. A third exit surface for emitting a light beam out of the second prism, wherein the first prism transmits the light beam emitted from the second prism at least with the first prism medium interposed therebetween; A fourth incident surface for entering light into the inside, a reflecting surface for reflecting light inside the first prism, and a fourth surface for emitting light outside the first prism.
And an emission surface. Further, the second prism and the first prism are configured so as to be joined to each other with a hologram element interposed between the third exit surface and the fourth incident surface. Further, the reflecting surface of the first prism is formed into a concave curved surface that gives a positive power to a light ray when reflected.

【0077】そして、前記第3射出面と前記第4入射面
とを平面あるいはシリンドリカル面から形成する。
Then, the third exit surface and the fourth entrance surface are formed from a flat surface or a cylindrical surface.

【0078】あるいは、次に条件を満たす球面又はトー
リック面から形成する。
Alternatively, it is formed from a spherical or toric surface satisfying the following conditions.

【0079】 −2.0<Da/Ra<2.0 ・・・(2) −0.05<Db/Rb<0.05 ・・・(3) ただし、Ra、Daは曲率の大きい方の軸における曲率
半径と外径であり、Rb、Dbは曲率の小さい方の軸に
おける曲率半径と外径である。
-2.0 <Da / Ra <2.0 (2) -0.05 <Db / Rb <0.05 (3) where Ra and Da are the ones having larger curvatures. Rb and Db are the radius of curvature and the outer diameter of the axis having the smaller curvature, respectively.

【0080】すなわち、本発明の観察光学系における、
観察像形成部材、射出瞳、及び、接眼光学部材を、本発
明の撮像光学系では、撮像素子、明るさ絞り、及び、結
像光学系にそれぞれ置き換えて構成する。
That is, in the observation optical system of the present invention,
In the imaging optical system of the present invention, the observation image forming member, the exit pupil, and the eyepiece optical member are replaced with an imaging element, a brightness stop, and an imaging optical system, respectively.

【0081】そして、撮像光学系においても、上述の条
件式等、観察光学系に準じた構成とすると好ましい。
It is preferable that the imaging optical system be configured in accordance with the observation optical system, such as the above-mentioned conditional expressions.

【0082】その他、本発明の観察光学系は、前記第1
プリズムの前記反射面をミラーコーティングして構成す
ればよい。
In addition, the observation optical system according to the present invention includes the first optical system.
What is necessary is just to comprise the said reflection surface of a prism by mirror coating.

【0083】また、前記第1プリズムの前記反射面を、
光束が該反射面に対して全反射臨界角を越えた入射角度
で入射したときには反射し、全反射臨界角を越えない入
射角度で入射したときには透過させるような全反射面と
なるように構成してもよい。また、さらに前記第1プリ
ズムの前記反射面側に光を透過する光学部材を設けても
よい。
Further, the reflecting surface of the first prism is
A total reflection surface is configured to reflect when the light beam enters the reflection surface at an incident angle exceeding the critical angle for total reflection, and transmit the light beam when incident at an incident angle not exceeding the critical angle for total reflection. You may. Further, an optical member that transmits light may be provided on the reflection surface side of the first prism.

【0084】このように構成すれば、シースルー観察が
可能となり、通常の外部観察に支障を来たすことなく、
本発明の観察光学系を用いた頭部又は顔面装着式画像表
示装置を装着し続けることができ、頭部又は顔面装着式
画像表示装置の着脱の手間を省くことができる。
With this configuration, see-through observation is possible, and normal external observation is not hindered.
The head or face-mounted image display device using the observation optical system of the present invention can be continuously worn, and the trouble of attaching and detaching the head or face-mounted image display device can be saved.

【0085】また、外部の観察像と画像表示素子からの
像とを重ねあわせた多重像を観察することもできる。
It is also possible to observe a multiple image in which an external observation image and an image from the image display element are superimposed.

【0086】なお、シースルー観察を可能とするため
に、前記第1プリズムの前記反射面をハーフミラーで構
成してもよい。
Incidentally, in order to enable see-through observation, the reflection surface of the first prism may be constituted by a half mirror.

【0087】また、画像表示素子と、以上のような本発
明の何れかの観察光学系を接眼光学系として配置した本
体部と、前記観察光学系の射出瞳を観察者の眼球位置に
保持するように前記本体部を観察者頭部に支持する支持
部材と、前記観察者の耳に音声を与えるスピーカー部材
とを有して頭部装着型画像表示装置を構成することがで
きる。
An image display element, a main body in which any of the above-described observation optical systems according to the present invention is arranged as an eyepiece optical system, and an exit pupil of the observation optical system are held at an eyeball position of an observer. As described above, the head-mounted image display device can be configured to include the support member that supports the main body portion on the observer's head and the speaker member that provides sound to the observer's ear.

【0088】その場合の頭部装着型画像表示装置は、前
記本体部が、右眼用の観察光学系と左眼用の観察光学系
とを備え、前記スピーカー部材が、右耳用スピーカー部
材と左耳用スピーカー部材とを有するように構成しても
よい。
In this case, in the head mounted image display device, the main body includes an observation optical system for the right eye and an observation optical system for the left eye, and the speaker member includes a speaker member for the right ear. You may comprise so that it may have a speaker member for left ears.

【0089】また、この頭部装着型画像表示装置は、前
記スピーカー部材がイヤホンで構成されていてもよい。
In this head-mounted image display device, the speaker member may be constituted by an earphone.

【0090】なお、本発明の光学系において、観察光学
系では逆光線追跡、撮像光学系では順光線追跡で、物点
中心を通り、観察光学系では瞳、撮像光学系では明るさ
絞りの中心を通過して像面の中心に到達する光線を軸上
主光線としたとき、少なくとも1つの反射面が軸上主光
線に対して偏心していないと、軸上主光線の入射光線と
反射光線が同一の光路を通ることとなり、軸上主光線が
光学系中で遮断されてしまう。その結果、中心部が遮光
された光束のみで像を形成することになり、中心が暗く
なったり、中心では全く像を結ばなくなったりしてしま
う。そこで、本発明に用いるプリズムには偏心プリズム
を用いている。
In the optical system of the present invention, backward ray tracing is performed in the observation optical system, forward ray tracing is performed in the imaging optical system, and the light passes through the center of the object point, the pupil in the observation optical system, and the center of the aperture stop in the imaging optical system. If the ray that passes through and reaches the center of the image plane is the axial principal ray, the incident ray and the reflected ray of the axial principal ray are identical unless at least one reflecting surface is decentered with respect to the axial principal ray. And the axial chief ray is cut off in the optical system. As a result, an image is formed only by the light flux whose central portion is shielded, and the center becomes dark or the image is not formed at the center at all. Therefore, an eccentric prism is used as the prism used in the present invention.

【0091】また、パワーを付けた反射面を軸上主光線
に対して偏心させた場合、本発明で用いられるプリズム
部材を構成する面の中、少なくとも1つの面は回転非対
称な面であることが望ましい。その中でも、特に、プリ
ズム部材の少なくとも1つの反射面を回転非対称な面に
することが収差補正上は好ましい。
When the reflecting surface with power is decentered with respect to the axial principal ray, at least one of the surfaces constituting the prism member used in the present invention is a rotationally asymmetric surface. Is desirable. Among them, it is particularly preferable that at least one reflecting surface of the prism member is a rotationally asymmetric surface in terms of aberration correction.

【0092】光路を折り曲げて、共通領域の光路を重複
して利用するためには、光学系を偏心配置する必要があ
る。しかし、このように光路を折り曲げるために光学系
を偏心光学系とすると、回転非対称なディストーション
や回転非対称な像面湾曲等の偏心収差が発生する。この
偏心収差を補正するために回転非対称な面を上述のよう
に用いる。
In order to bend the optical path and use the optical path of the common area redundantly, it is necessary to decenter the optical system. However, if the optical system is an eccentric optical system in order to bend the optical path in this manner, eccentric aberrations such as rotationally asymmetric distortion and rotationally asymmetric field curvature are generated. To correct this eccentric aberration, a rotationally asymmetric surface is used as described above.

【0093】また、本発明で用いる回転非対称な面は、
アナモルフィック面、トーリック面、対称面を1面のみ
有する面対称自由曲面で構成することができる。なお、
好ましくは、対称面を1面のみ有する自由曲面で構成す
るとよい。
The rotationally asymmetric surface used in the present invention is
It can be constituted by a plane-symmetric free-form surface having only one anamorphic surface, toric surface and symmetry surface. In addition,
Preferably, a free-form surface having only one plane of symmetry may be used.

【0094】なお、本発明では、軸上主光線を、観察光
学系においては、射出瞳中心を通り観察像形成部材の中
心に到達する光線で逆光線追跡で、撮像光学系において
は、明るさ絞りの中心を通り撮像素子の中心に到達する
光線で順光線追跡で定義する。そして、軸上主光線が射
出瞳又は明るさ絞りの中心から第2プリズムの第2射出
面に交差するまでの直線によって定義される光軸をZ軸
と定義し、また、このZ軸と直交し、かつ、第2プリズ
ムを構成する各面の偏心面内の軸をY軸と定義し、さら
に、Z軸と直交し、かつ、Y軸と直交する軸をX軸と定
義する。また、射出瞳又は明るさ絞りの中心を本発明の
観察光学系又は撮像光学系における座標系の原点とす
る。また、本発明においては、上述のように射出瞳から
観察像形成部材に向かう逆光線追跡、又は明るさ絞りか
ら撮像素子に向かう順光線追跡で面番号をつけることと
し、軸上主光線が、射出瞳から観察像形成部材に至る方
向又は明るさ絞りから撮像素子に至る方向をZ軸の正方
向、観察像形成部材に向かうY軸の方向又は撮像素子に
向かうY軸の方向をY軸の正方向、Y軸とZ軸と右手系
を構成するX軸の方向をX軸の正方向とそれぞれ定義す
る。
In the present invention, in the observation optical system, the on-axis chief ray is traced by a ray that passes through the center of the exit pupil and reaches the center of the observation image forming member. Are defined by forward ray tracing with rays reaching the center of the image sensor through the center of the image sensor. Then, the optical axis defined by a straight line from the center of the exit pupil or the aperture stop to the center of the aperture stop and intersecting the second exit surface of the second prism is defined as the Z axis, and is orthogonal to the Z axis. In addition, an axis in the eccentric plane of each surface constituting the second prism is defined as a Y axis, and an axis orthogonal to the Z axis and orthogonal to the Y axis is defined as an X axis. The center of the exit pupil or the aperture stop is the origin of the coordinate system in the observation optical system or the imaging optical system of the present invention. Further, in the present invention, surface numbers are assigned by reverse ray tracing from the exit pupil to the observation image forming member as described above, or by forward ray tracing from the aperture stop to the image sensor, and the axial principal ray is emitted. The direction from the pupil to the observation image forming member or the direction from the aperture stop to the image sensor is the positive direction of the Z axis, the direction of the Y axis toward the observation image forming member or the direction of the Y axis toward the image sensor is the positive direction of the Y axis. The direction, the Y axis, the Z axis, and the direction of the X axis forming the right-handed system are defined as the positive direction of the X axis.

【0095】ここで、本発明で使用する自由曲面は、次
式(a)により定義する。なお、その定義式のZ軸が自
由曲面の軸となる。
Here, the free-form surface used in the present invention is defined by the following equation (a). Note that the Z axis of the definition formula is the axis of the free-form surface.

【0096】 ここで、(a)式の第1項は球面項、第2項は自由曲面
項である。
[0096] Here, the first term of the equation (a) is a spherical term, and the second term is a free-form surface term.

【0097】球面項中、 c:頂点の曲率 k:コーニック定数(円錐定数) r=√(X2 +Y2 ) である。In the spherical term, c: curvature of the vertex k: conic constant (conical constant) r = √ (X 2 + Y 2 ).

【0098】自由曲面項は、 ただし、Cj (jは2以上の整数)は係数であり、j=
{(m+n)2 +m+3n}/2+1(m,nは0以上
の整数)の関係にある。
The free-form surface term is Here, C j (j is an integer of 2 or more) is a coefficient, and j =
{(M + n) 2 + m + 3n} / 2 + 1 (m and n are integers of 0 or more).

【0099】上記自由曲面は、一般的には、X−Z面、
Y−Z面共に対称面を持つことはないが、本発明では、
Xの奇数次項を全て0にすることによって、Y−Z面と
平行な対称面が1つだけ存在する自由曲面となる。この
ような自由曲面は、例えば、上記定義式においては、C
2 、C5 、C7 、C9 、C12、C14、C16、C18
20、C23、C25、C27、C29、C31、C33、C35・・
・の各項の係数を0にすることによって達成することが
可能である。
The free-form surface generally includes an XZ plane,
Although neither YZ plane has a plane of symmetry, in the present invention,
By setting all odd-order terms of X to 0, the YZ plane and
The free-form surface has only one parallel symmetry surface. this
Such a free-form surface is represented by, for example, C
Two, CFive, C7, C9, C12, C14, C16, C18,
C 20, Ctwenty three, Ctwenty five, C27, C29, C31, C33, C35・ ・
Can be achieved by setting the coefficient of each term to 0
It is possible.

【0100】また、Yの奇数次項を全て0にすることに
よって、X−Z面と平行な対称面が1つだけ存在する自
由曲面となる。このような自由曲面は、例えば、上記定
義式においては、C3 、C5 、C8 、C10、C12
14、C17、C19、C21、C23、C25、C27、C30、C
32、C34、C36・・・の各項の係数を0にすることによ
って達成することが可能である。
By setting all odd-numbered terms of Y to 0, a free-form surface having only one symmetry plane parallel to the XZ plane is obtained. Such a free-form surface is, for example, C 3 , C 5 , C 8 , C 10 , C 12 ,
C 14, C 17, C 19 , C 21, C 23, C 25, C 27, C 30, C
32, the coefficient of each term of C 34, C 36 · · · can be achieved by zero.

【0101】また、上記対称面の方向の何れか一方を対
称面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Y−Z
面と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はY軸方向
に、X−Z面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方
向はX軸方向にすることで、偏心により発生する回転非
対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性も向上
させることが可能となる。
Further, any one of the directions of the above-mentioned symmetry plane is set as a symmetry plane, and the eccentricity in the corresponding direction, for example, YZ
The eccentricity of the optical system is set in the Y-axis direction with respect to the plane of symmetry parallel to the plane, and the eccentric direction of the optical system is set in the X-axis direction with respect to the plane of symmetry parallel to the XZ plane. This makes it possible to effectively correct rotationally asymmetric aberrations and improve productivity at the same time.

【0102】また、上記定義式(a)は、上述のように
1つの例として示したものであり、本発明において、対
称面を1面のみ有する回転非対称面を用いることで偏心
により発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作
性も向上させるという特徴を有しているが、上記定義式
(a)以外の他のいかなる定義式に対しても同様の効果
が得られることは言うまでもない。
Further, the above-mentioned definition expression (a) is shown as one example as described above. In the present invention, by using a rotationally asymmetric surface having only one plane of symmetry, the rotation caused by eccentricity is achieved. It has the feature of correcting asymmetric aberrations and at the same time improving the manufacturability, but it goes without saying that the same effect can be obtained for any definition formula other than the above definition formula (a).

【0103】本発明において、プリズム部材に設けられ
た反射面の形状を、唯一の対称面を1面のみ有した面対
称自由曲面形状にて構成することができる。
In the present invention, the shape of the reflecting surface provided on the prism member can be configured as a plane-symmetric free-form surface having only one plane of symmetry.

【0104】また、アナモルフィック面の形状は次の式
(b)により定義される。なお、面形状の原点を通り、
光学面に垂直な直線がアナモルフィック面の軸となる。
The shape of the anamorphic surface is defined by the following equation (b). In addition, it passes through the origin of the surface shape,
A straight line perpendicular to the optical surface is the axis of the anamorphic surface.

【0105】 Z=(Cx・X2 +Cy・Y2 )/[1+{1−(1+Kx)Cx2 ・X2 −(1+Ky)Cy2 ・Y2 1/2] +ΣRn{(1−Pn)X2 +(1+Pn)Y2 (n+1) ・・・(b) ここで、例としてn=4(4次項)を考えると、上記式
(b)は、展開したとき、次式(c)で表わすことがで
きる。
Z = (Cx · X 2 + Cy · Y 2 ) / [1+ {1− (1 + Kx) Cx 2 · X 2 − (1 + Ky) Cy 2 · Y 2 } 1/2 ] + {Rn} (1-Pn) X 2 + (1 + Pn) Y 2(n + 1) (b) Here, assuming that n = 4 (fourth-order term) as an example, the above equation (b) is, when expanded, the following equation ( c).

【0106】 Z=(Cx・X2 +Cy・Y2 )/[1+{1−(1+Kx)Cx2 ・X2 −(1+Ky)Cy2 ・Y2 1/2] +R1{(1−P1)X2 +(1+P1)Y2 2 +R2{(1−P2)X2 +(1+P2)Y2 3 +R3{(1−P3)X2 +(1+P3)Y2 4 +R4{(1−P4)X2 +(1+P4)Y2 5 ・・・(c) ただし、Zは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、CxはX軸方向曲率、CyはY軸方向曲率、Kxは
X軸方向円錐係数、KyはY軸方向円錐係数、Rnは球
面項回転対称成分、Pnは非球面項回転非対称成分であ
る。なお、X軸方向曲率半径Rx、Y軸方向曲率半径R
yと曲率Cx,Cyとは、 Rx=1/Cx,Ry=1/Cy の関係にある。
Z = (Cx · X 2 + Cy · Y 2 ) / [1+ {1− (1 + Kx) Cx 2 · X 2 − (1 + Ky) Cy 2 · Y 21/2 ] + R1} (1-P1) X 2 + (1 + P1) Y 2} 2 + R2 {(1-P2) X 2 + (1 + P2) Y 2} 3 + R3 {(1-P3) X 2 + (1 + P3) Y 2} 4 + R4 {(1-P4 ) X 2 + (1 + P4) Y 25 (c) where Z is the amount of deviation of the surface shape from the tangent plane to the origin, Cx is the curvature in the X-axis direction, Cy is the curvature in the Y-axis direction, and Kx is X An axial conic coefficient, Ky is a Y-axial conic coefficient, Rn is a rotationally symmetric component of the spherical term, and Pn is a rotationally asymmetric component of the aspherical term. The radius of curvature Rx in the X-axis direction and the radius of curvature R in the Y-axis direction
y and the curvatures Cx, Cy have a relationship of Rx = 1 / Cx, Ry = 1 / Cy.

【0107】また、トーリック面にはXトーリック面と
Yトーリック面があり、それぞれ次の式(d)、(e)
により定義される。面形状の原点を通り、光学面に垂直
な直線がトーリック面の軸となる。
The toric surface includes an X toric surface and a Y toric surface, and the following expressions (d) and (e), respectively.
Defined by A straight line passing through the origin of the surface shape and perpendicular to the optical surface is the axis of the toric surface.

【0108】Xトーリック面は、次の式(d)で定義さ
れる。
The X toric surface is defined by the following equation (d).

【0109】 F(X)=Cx・X2 /[ 1+{1−(1+K)Cx2 ・X2 1/2] +AX4 +BX6 +CX8 +DX10・・・・・・ Z=F(X)+(1/2)Cy{Y2 +Z2 −F(X)2 } ・・・(d) Yトーリック面は、次の式(e)で定義される。F (X) = Cx · X 2 / [1+ {1− (1 + K) Cx 2 · X 21/2 ] + AX 4 + BX 6 + CX 8 + DX 10 ... Z = F (X ) + (1/2) Cy {Y 2 + Z 2 −F (X) 2 } (d) The Y toric surface is defined by the following equation (e).

【0110】 F(Y)=Cy・Y2 /[ 1+{1−(1+K)Cy2 ・Y2 1/2] +AY4 +BY6 +CY8 +DY10・・・・・・ Z=F(Y)+(1/2)Cx{X2 +Z2 −F(Y)2 } ・・・(e) ただし、Zは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、CxはX軸方向曲率、CyはY軸方向曲率、Kは円
錐係数、A,B,C,Dは非球面係数である。なお、X
軸方向曲率半径Rx、Y軸方向曲率半径Ryと曲率C
x,Cyとは、 Rx=1/Cx,Ry=1/Cy の関係にある。
F (Y) = Cy · Y 2 / [1+ {1− (1 + K) Cy 2 · Y 21/2 ] + AY 4 + BY 6 + CY 8 + DY 10 ... Z = F (Y ) + (1/2) Cx {X 2 + Z 2 −F (Y) 2 } (e) where Z is the deviation of the surface shape from the tangent plane to the origin, Cx is the curvature in the X-axis direction, Cy Is a curvature in the Y-axis direction, K is a conic coefficient, and A, B, C, and D are aspherical coefficients. Note that X
Axial radius of curvature Rx, Y-axis radius of curvature Ry and curvature C
x and Cy have a relationship of Rx = 1 / Cx and Ry = 1 / Cy.

【0111】また、ホログラム素子には、レリーフ型ホ
ログラムと体積型ホログラムがある。レリーフ型ホログ
ラムは、入射角選択性や波長選択性が小さく、特定の入
射角、波長の光を回折して必要次数光として結像させる
が、それ以外の入射角、波長の光についても、回折効率
が低下した状態で回折してしまい、不要次数光として結
像させてしまうという性質を有する。一方、体積型ホロ
グラムは入射角選択性や波長選択性が高く、特定の波
長、入射角の光のみを回折して必要次数光として結像さ
せ、それ以外の光については殆どを0次光として透過さ
せてしまい、不要次数光を結像させ難いという特性を有
している。
The hologram element includes a relief hologram and a volume hologram. Relief-type holograms have low incident angle selectivity and wavelength selectivity, and diffract light at a specific incident angle and wavelength to form an image as the required order light. It has the property that it is diffracted in a state where the efficiency is reduced, and forms an image as unnecessary-order light. On the other hand, volume holograms have high incidence angle selectivity and wavelength selectivity, diffract only light of a specific wavelength and incident angle to form an image as a required order light, and most other light is assumed to be a zero order light. It has the property of transmitting light and making it difficult to image unnecessary order light.

【0112】したがって、本発明に用いるホログラム素
子として反射型体積ホログラムを用いれば、不要次数光
による像ブレの発生を防ぐことができ、鮮明な観察画像
を得ることができる。
Therefore, if a reflection type volume hologram is used as the hologram element used in the present invention, occurrence of image blur due to unnecessary order light can be prevented, and a clear observation image can be obtained.

【0113】なお、本発明におけるホログラム素子であ
る体積型ホログラム(HOE)は以下のように定義す
る。図25は本発明におけるHOEを定義するための原
理図である。
The volume hologram (HOE) as the hologram element in the present invention is defined as follows. FIG. 25 is a principle diagram for defining the HOE in the present invention.

【0114】まず、HOE面に入射し、さらに射出する
波長λの光線追跡は、基準波長λ0=HWLに対して定
義されるHOE面上での光路差関数Φ0 を用いて、次式
(f)で与えられる。
First, the ray tracing of the wavelength λ that enters and exits the HOE surface is performed by using the optical path difference function Φ 0 on the HOE surface defined with respect to the reference wavelength λ 0 = HWL using the following equation ( f).

【0115】 nd d ×N=ni i ×N+m(λ/λ0 )∇Ф0 ×N ・・・(f) ただし、NはHOE面の法線ベクトル、ni (nd )は
入射側(射出側)の屈折率、Qi (Qd )は入射(射
出)ベクトル(単位ベクトル)である。また、m=HO
Rは射出光の回折次数である。
[0115] n d Q d × N = n i Q i × N + m (λ / λ 0) ∇Ф 0 × N ··· (f) However, the normal vector of N is HOE plane, n i (n d) Is the refractive index on the incident side (exit side), and Q i (Q d ) is the incident (exit) vector (unit vector). Also, m = HO
R is the diffraction order of the emitted light.

【0116】HOEが基準波長λ0 の2点光源、すなわ
ち、図25に示すように、点P1 =(HX1,HY1,
HZ1)を光源とする物体光、及び、点P2 =(HX
2,HY2,HZ2)を光源とする参照光の干渉によっ
て製造される(定義される)とすれば、 Φ0 =Φ0 2P =n2 ・s2 ・r2 −n1 ・s1 ・r1 となる。ただし、r1 (r2 )は点P1 (点P2 )から
HOE面の所定の座標Pまでの距離(>0)、n1 (n
2 )は製造時(定義時)にHOEを置く媒質の点P
1 (点P2 )を配置した側の屈折率であり、s1 =HV
1、及び、s2 =HV2は光の進行方向を考慮する符号
である。この符号は、光源が発散光源(実点光源)であ
る場合に、REA=+1、逆に光源が収束する光源(仮
想点光源)の場合にVIR=−1となる。なお、レンズ
データ中におけるHOEの定義として、製造時(定義
時)にHOEを置く媒質の屈折率n1 (n2 )は、レン
ズデータ中でHOE面が接している媒質の、点P1 (点
2 )が存在する側の屈折率とする。
The HOE is a two-point light source having a reference wavelength λ 0 , that is, as shown in FIG. 25, a point P 1 = (HX1, HY1,
HZ1) as a light source and a point P 2 = (HX
2, HY2, HZ2) as a light source, is defined (defined) as follows: Φ 0 = Φ 0 2P = n 2 · s 2 · r 2 -n 1 · s 1 · r It becomes 1 . Here, r 1 (r 2 ) is a distance (> 0) from point P 1 (point P 2 ) to predetermined coordinates P on the HOE surface, and n 1 (n
2 ) is the point P of the medium in which the HOE is placed at the time of manufacture (at the time of definition).
1 is the refractive index on the side where the point (point P 2 ) is located, and s 1 = HV
1, and s 2 = HV2 are codes that take into account the traveling direction of light. This code is REA = + 1 when the light source is a divergent light source (real point light source), and VIR = −1 when the light source is a convergent light source (virtual point light source). As the definition of the HOE in the lens data, the refractive index n 1 (n 2 ) of the medium on which the HOE is placed at the time of manufacture (at the time of definition) is determined by the point P 1 ( The refractive index on the side where the point P 2 ) exists.

【0117】一般的な場合、HOEを製造する際の参照
光と物体光は球面波とは限らない。この場合のHOEの
光路差関数Φ0 は、多項式で表した付加的な位相項Φ0
Poly(基準波長λ0 における光路差関数)を加えて次式
(g)で表わすことができる。
In the general case, the reference light and the object light when manufacturing the HOE are not necessarily spherical waves. The optical path difference function Φ 0 of the HOE in this case is an additional phase term Φ 0 represented by a polynomial.
Poly (optical path difference function at the reference wavelength λ 0 ) can be added and expressed by the following equation (g).

【0118】 Φ0 =Φ0 2P +Φ0 Poly ・・・(g) ここで、多項式は、 であり、一般には、j={(m+n)2 +m+3n}/
2で定義することができる。ただし、Hj は各項の係数
である。
Φ 0 = Φ 0 2P + Φ 0 Poly (g) where the polynomial is In general, j = {(m + n) 2 + m + 3n} /
2 can be defined. Here, H j is a coefficient of each term.

【0119】さらに光学設計の便宜から、光路差関数Φ
0 を、 Φ0 =Φ0 Poly のように付加項のみで表し、それによってHOEを定義
することもできる。例えば、2点光源P1 (点P2 )を
一致させると光路差関数Φ0 の干渉による成分Φ 0 2P
ゼロとなるので、この場合は実質的に付加項(多項式)
のみで光路差関数を表示したことに相当する。
Further, for convenience of optical design, the optical path difference function Φ
0And Φ0= Φ0 Poly HOE is defined only by an additional term, such as
You can also. For example, a two-point light source P1(Point PTwo)
When matched, the optical path difference function Φ0Component Φ due to interference of 0 2PIs
Since it is zero, in this case it is practically an additional term (polynomial)
This is equivalent to displaying the optical path difference function only by using the function.

【0120】以上のHOEに関する説明は、全てHOE
原点を基準とするローカル座標に対するものである。
The above description regarding the HOE has been all given in the HOE.
This is for local coordinates with respect to the origin.

【0121】以下に、HOEを定義する構成パラメータ
の例を示す。 面番号 曲率半径 面間隔 物体面 ∞ ∞ 1 ∞(絞り) 100 2 150(HOE) -75 HOE HV1(s1 ):REA(+1) HV2(s2 ):VIR(−1) HOR(m) :1 HX1=0 HY1=-3.40 ×109 HZ1=-3.40 ×109 HX2=0 HY2= 2.50 ×10 HZ2=-7.04 ×10 HWL(λ0 )=544 H1 -1.39 ×10-21 2 -8.57 ×10-53 -1.50 ×10-4
The following is an example of configuration parameters defining the HOE. Surface number Curvature radius Surface spacing Object surface ∞ ∞ 1 ∞ (aperture) 100 2 150 (HOE) -75 HOE HV1 (s 1 ): REA (+1) HV 2 (s 2 ): VIR (-1) HOR (m): 1 HX1 = 0 HY1 = −3.40 × 10 9 HZ1 = −3.40 × 10 9 HX2 = 0 HY2 = 2.50 × 10 HZ2 = -7.04 × 10 HWL (λ 0 ) = 544 H 1 -1.39 × 10 -21 H 2 -8.57 × 10 -5 H 3 -1.50 × 10 -4 .

【0122】また、本発明に用いる体積型ホログラム面
において反射回折及び透過させる原理を説明する。回折
効率のシミュレーションをKogelnikの理論に基
づきS偏光成分光の回折効率をシミュレーションしたも
のを示す。このシミュレーションは後記の実施例1につ
いてであるが、他の実施例についても同様である。
The principle of reflection, diffraction and transmission on the volume hologram surface used in the present invention will be described. The simulation of the diffraction efficiency is shown by simulating the diffraction efficiency of the S-polarized component light based on Kogelnik's theory. This simulation is for Example 1 described later, but the same applies to other examples.

【0123】この実施例では、光源としてR,G,Bバ
ンドの光用に中心波長がそれぞれ630nm、520n
m、470nmのLED光源に狭帯域フィルターを用い
て、各バンド幅を中心波長±5nm〜10nm程度に狭
めたものを用い、例としてGバンドの軸上主光線におけ
る体積型ホログラム面での回折効率の計算結果を示す。
なお、基準屈折率は1.5、屈折率変調を0.05、ホ
ログラム素子の厚さを10μmした場合の計算結果であ
る。体積型ホログラム面への軸上主光線の入射角を4
7.3°、反射回折角度を46.9°とした場合の回折
効率を図26、図27に示す。図26は波長が520n
mの軸上主光線の入射角(横軸)に対する回折効率(縦
軸)、図27は波長(横軸)に対する入射角度が47.
3°の軸上主光線の回折効率(縦軸)をそれぞれ示すグ
ラフである。
In this embodiment, the center wavelengths for light of R, G and B bands are 630 nm and 520 nm, respectively, as the light source.
m, 470 nm LED light source using a narrow band filter, each band width narrowed to the center wavelength ± 5 nm to about 10 nm. For example, the diffraction efficiency of the G-band axial principal ray on the volume hologram surface. The calculation result of is shown.
Note that the calculation results are obtained when the reference refractive index is 1.5, the refractive index modulation is 0.05, and the thickness of the hologram element is 10 μm. The incident angle of the axial chief ray on the volume hologram surface is 4
FIGS. 26 and 27 show the diffraction efficiency when the reflection diffraction angle is 7.3 ° and the reflection diffraction angle is 46.9 °. FIG. 26 shows that the wavelength is 520n.
The diffraction efficiency (vertical axis) with respect to the incident angle (horizontal axis) of the on-axis principal ray of m is shown in FIG.
It is a graph which shows the diffraction efficiency (vertical axis) of the axial chief ray of 3 degrees, respectively.

【0124】図26によると、入射角47.3°近傍で
は略100%の高い回折効率が得られることが分かる。
また、図27によると波長520nm±20nm程度の
範囲では良好な反射回折効率が得られることが分かる。
一方、反射回折後に第1プリズムの反射面で反射された
光線は、再度体積型体積型ホログラム面へ入射するが、
その際の軸上主光線は入射角18.7°で入射する。こ
の場合は、体積型ホログラム素子の高い回折効率を有す
る角度選択性の範囲から外れ、約0%に近い低い回折効
率となるため、光線はそのまま通過することが図26か
ら分かる。
FIG. 26 shows that a high diffraction efficiency of about 100% can be obtained near the incident angle of 47.3 °.
According to FIG. 27, it can be seen that good reflection / diffraction efficiency can be obtained in the wavelength range of about 520 nm ± 20 nm.
On the other hand, the light beam reflected by the reflecting surface of the first prism after the reflection diffraction enters the volume type volume hologram surface again,
At this time, the axial principal ray enters at an incident angle of 18.7 °. In this case, it can be seen from FIG. 26 that the light beam passes as it is because it falls outside the range of the angle selectivity of the volume hologram element having high diffraction efficiency and is low, close to 0%.

【0125】以上のことは、RバンドやBバンドについ
ても同様である。また、上記のホログラム素子に、液晶
を用いたスイッチングホログラム素子を用いることも可
能である。
The same applies to the R band and the B band. Further, a switching hologram element using liquid crystal can be used as the hologram element.

【0126】[0126]

【発明の実施の形態】以下、本発明の観察光学系及び撮
像光学系の実施例について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the observation optical system and the imaging optical system according to the present invention will be described.

【0127】なお、実施例1〜5の構成パラメータは後
に示すことにする。各実施例においては、例えば図1に
示すように、軸上主光線2を、射出瞳1(又は、明るさ
絞り14)の中心(観察者眼球の旋回中心位置)から第
2プリズム4、第1プリズム3、観察像形成部材として
設けられたLCD5(又は、撮像素子13)の中心に至
る光線で定義する。そして、軸上主光線2が第2プリズ
ム4の射出瞳1側の面41 に交差するまでの直線によっ
て定義される光軸をZ軸とし、このZ軸と直交し、か
つ、プリズムを構成する各面の偏心面内の軸をY軸と定
義し、前記光軸と直交し、かつ、前記Y軸と直交する軸
をX軸と定義する。また、射出瞳1(又は、明るさ絞り
14)の中心をこの座標系の原点とする。そして、軸上
主光線2が射出瞳1(又は、明るさ絞り14)からLC
D5(又は、撮像素子13)に至る方向をZ軸の正方
向、LCD5(又は、撮像素子13)に向かうY軸の方
向をY軸の正方向、Y軸とZ軸と右手系を構成するX軸
の方向をX軸の正方向とそれぞれ定義する。
Incidentally, the constituent parameters of the first to fifth embodiments will be described later. In each embodiment, for example, as shown in FIG. 1, the axial chief ray 2 is moved from the center of the exit pupil 1 (or the aperture stop 14) (the center of rotation of the observer's eyeball) to the second prism 4 and the second prism 4. One prism 3 is defined by a light beam reaching the center of the LCD 5 (or the image sensor 13) provided as an observation image forming member. Then, the optical axis of the axial principal ray 2 is defined by a straight line until it intersects the surface 4 1 of the exit pupil 1 side of the second prism 4 is Z-axis, perpendicular to the Z axis, and constituting the prism An axis within the eccentric plane of each surface to be defined is defined as a Y axis, and an axis orthogonal to the optical axis and orthogonal to the Y axis is defined as an X axis. The center of the exit pupil 1 (or the aperture stop 14) is set as the origin of this coordinate system. Then, the on-axis principal ray 2 is shifted from the exit pupil 1 (or the aperture stop 14) by LC
The direction leading to D5 (or the image sensor 13) is a positive Z-axis direction, the direction of the Y axis toward the LCD 5 (or the image sensor 13) is a positive Y-axis direction, and a Y-axis, a Z-axis and a right-handed system are configured. The direction of the X axis is defined as the positive direction of the X axis.

【0128】実施例1〜5では、第1プリズム3及び第
2プリズム4はこのY−Z平面内で偏心を行っており、
また、第1プリズム3及び第2プリズム4に設けられる
各回転非対称自由曲面の唯一の対称面をY−Z面として
いる。
In the first to fifth embodiments, the first prism 3 and the second prism 4 are decentered in the YZ plane.
The only symmetrical plane of each rotationally asymmetric free-form surface provided in the first prism 3 and the second prism 4 is defined as a YZ plane.

【0129】偏心面については、光学系の原点の中心か
らその面の面頂位置の偏心量(X軸方向、Y軸方向、Z
軸方向をそれぞれX,Y,Z)と、その面の中心軸(自
由曲面については、前記の(a)式のZ軸、トーリック
面については、前記の(d)式、(e)式のZ軸)のX
軸、Y軸、Z軸それぞれを中心とする傾き角(それぞれ
α,β,γ(°))とが与えられている。その場合、α
とβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回り
を、γの正はZ軸の正方向に対して時計回りを意味す
る。なお、面の中心軸のα,β,γの回転のさせ方は、
面の中心軸とそのXYZ直交座標系を、まずX軸の回り
で反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中
心軸を新たな座標系のY軸の回りで反時計回りにβ回転
させると共に1度回転した座標系もY軸の回りで反時計
回りにβ回転させ、次いで、その2度回転した面の中心
軸を新たな座標系の新たな座標系のZ軸の回りで時計回
りにγ回転させるものである。
For the eccentric surface, the amount of eccentricity from the center of the origin of the optical system to the top of the surface (X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction)
The axial directions are X, Y, and Z, respectively, and the central axis of the surface (for the free-form surface, the Z-axis of the above-described formula (a), and for the toric surface, the above-described formulas (d) and (e)). X of Z axis)
The tilt angles (α, β, γ (°), respectively) about the axis, the Y axis, and the Z axis are given. In that case, α
The positive of β and β means counterclockwise with respect to the positive direction of each axis, and the positive of γ means clockwise with respect to the positive direction of Z axis. How to rotate α, β, γ of the central axis of the surface is
The center axis of the plane and its XYZ orthogonal coordinate system are first rotated α counterclockwise around the X axis, and then the center axis of the rotated plane is rotated counterclockwise around the Y axis of the new coordinate system. The coordinate system rotated once and the coordinate system rotated once are also rotated counterclockwise around the Y axis by β, and then the center axis of the twice rotated surface is changed to the Z axis of the new coordinate system of the new coordinate system. The clockwise rotation is γ.

【0130】また、各実施例の光学系を構成する光学作
用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成
する場合には面間隔が与えられており、その他、球面の
曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与
えられている。
Further, among the optical working surfaces constituting the optical system of each embodiment, when a specific surface and a subsequent surface constitute a coaxial optical system, a surface interval is given, and in addition, a spherical surface is provided. The radius of curvature, the refractive index of the medium, and the Abbe number are given according to conventional methods.

【0131】また、本発明で用いられる自由曲面の面の
形状は、前記の(a)式により定義される自由曲面であ
り、その定義式のZ軸が自由曲面の軸となる。
Further, the shape of the surface of the free-form surface used in the present invention is a free-form surface defined by the above equation (a), and the Z axis of the definition equation is the axis of the free-form surface.

【0132】また、自由曲面の他の定義式として、Ze
rnike多項式がある。この面の形状は次式(h)に
より定義する。その定義式(h)のZ軸がZernik
e多項式の軸となる。回転非対称面の定義は、X−Y面
に対するZの軸の高さの極座標で定義され、RはX−Y
面内のZ軸からの距離、AはZ軸回りの方位角で、X軸
から測った回転角で表せられる。
As another definitional expression of the free-form surface, Ze
There is an rnik polynomial. The shape of this surface is defined by the following equation (h). The Z axis of the definition formula (h) is Zernik
e is the axis of the polynomial. The definition of a rotationally asymmetric surface is defined by polar coordinates of the height of the Z axis with respect to the XY plane, where R is XY
A in-plane distance from the Z axis, A is an azimuth around the Z axis, and can be represented by a rotation angle measured from the X axis.

【0133】 x=R×cos(A) y=R×sin(A) Z=D2 +D3 Rcos(A)+D4 Rsin(A) +D5 2 cos(2A)+D6 (R2 −1)+D7 2 sin(2A) +D8 3 cos(3A) +D9 (3R3 −2R)cos(A) +D10(3R3 −2R)sin(A)+D113 sin(3A) +D124cos(4A)+D13(4R4 −3R2 )cos(2A) +D14(6R4 −6R2 +1)+D15(4R4 −3R2 )sin(2A) +D164 sin(4A) +D175 cos(5A) +D18(5R5 −4R3 )cos(3A) +D19(10R5 −12R3 +3R)cos(A) +D20(10R5 −12R3 +3R)sin(A) +D21(5R5 −4R3 )sin(3A) +D225 sin(5A) +D236cos(6A)+D24(6R6 −5R4 )cos(4A) +D25(15R6 −20R4 +6R2 )cos(2A) +D26(20R6 −30R4 +12R2 −1) +D27(15R6 −20R4 +6R2 )sin(2A) +D28(6R6 −5R4 )sin(4A) +D296sin(6A)・・・・・ ・・・・(h) ただし、Dm (mは2以上の整数)は係数である。な
お、X軸方向に対称な光学系として設計するには、
4 ,D5 ,D6 、D10,D11,D12,D13,D14,D
20,D21,D22…を利用する。
X = R × cos (A) y = R × sin (A) Z = DTwo + DThreeRcos (A) + DFourRsin (A) + DFiveRTwo cos (2A) + D6(RTwo-1) + D7RTwo sin (2A) + D8RThreecos (3A) + D9(3RThree-2R) cos (A) + DTen(3RThree-2R) sin (A) + D11RThreesin (3A) + D12RFourcos (4A) + D13(4RFour-3RTwo) Cos (2A) + D14(6RFour-6RTwo+1) + D15(4RFour-3RTwo) Sin (2A) + D16RFoursin (4A) + D17RFivecos (5A) + D18(5RFive-4RThree) Cos (3A) + D19(10RFive-12RThree+ 3R) cos (A) + D20(10RFive-12RThree+ 3R) sin (A) + Dtwenty one(5RFive-4RThree) Sin (3A) + Dtwenty twoRFivesin (5A) + Dtwenty threeR6cos (6A) + Dtwenty four(6R6-5RFour) Cos (4A) + Dtwenty five(15R6-20RFour+ 6RTwo) Cos (2A) + D26(20R6-30RFour+ 12RTwo-1) + D27(15R6-20RFour+ 6RTwo) Sin (2A) + D28(6R6-5RFour) Sin (4A) + D29R6sin (6A) ··········· (h) where Dm(M is an integer of 2 or more) is a coefficient. What
To design an optical system symmetrical in the X-axis direction,
DFour, DFive, D6, DTen, D11, D12, D13, D14, D
20, Dtwenty one, Dtwenty twoUse….

【0134】また、回転非対称面な自由曲面の形状は次
の式(i)により定義することもできる。その定義式
(i)のZ軸が回転非対称面の軸となる。
The shape of a free-form surface that is a rotationally asymmetric surface can also be defined by the following equation (i). The Z axis in the definition formula (i) is the axis of the rotationally asymmetric surface.

【0135】 Z=Σn Σm nmn n-m ・・・・(i) ただし、Σn はΣのnが0〜k、Σm はΣのmが0〜n
を表わす。
[0135] Z = Σ n Σ m C nm X n Y nm ···· (i) where, n is 0~k of sigma n is sigma, m of sigma m is sigma is 0~n
Represents

【0136】なお、本発明の実施例1〜5では、前記
(a)式を用いた自由曲面で面形状が表現されている
が、上記(h)式、(i)式を用いても同様の作用効果
が得られるのは言うまでもない。
In the first to fifth embodiments of the present invention, the surface shape is expressed by the free-form surface using the above equation (a), but the same applies to the use of the above equations (h) and (i). Needless to say, the effect of the invention can be obtained.

【0137】以下、実施例1〜5について具体的に説明
する。これら実施例では、観察光学系を用いた画像表示
装置として説明する。
Examples 1 to 5 will be specifically described below. In these embodiments, an image display device using an observation optical system will be described.

【0138】本発明の実施例1〜5に係る観察光学系の
光軸を含むY−Z断面図をそれぞれ図1〜図5に示す。
これら実施例の観察光学系は、像面側に観察者が観察す
る画像を表示する画像形成部材として配置されたLCD
5と、画像形成部材によって形成された観察像を観察す
るために観察者の眼球位置(瞳面)に形成する射出瞳1
に導く接眼光学部材を有している。
FIGS. 1 to 5 show YZ sectional views including the optical axis of the observation optical system according to Examples 1 to 5 of the present invention.
The observation optical system according to each of the embodiments includes an LCD arranged as an image forming member for displaying an image observed by an observer on an image plane side.
5 and an exit pupil 1 formed at an observer's eyeball position (pupil plane) to observe an observation image formed by the image forming member.
Eyepiece optical member for guiding to

【0139】接眼光学部材は、第1プリズム3と、第2
プリズム4を含んで構成されている。
The eyepiece optical member comprises a first prism 3 and a second prism.
It is configured to include the prism 4.

【0140】なお、各実施例の説明において、光学系の
面番号は原則として射出瞳1からLCD5に至る順番で
追跡(逆光線追跡)し、第1及び第2プリズムにおける
各面の順番も逆光線追跡に合わせて表すこととする。ま
た、光学系を介して射出瞳1とLCD5とを結ぶ光路内
を進む光束を第1光束と言うこととする。
In the description of each embodiment, in principle, the surface number of the optical system is traced in the order from the exit pupil 1 to the LCD 5 (reverse ray tracing), and the order of each surface in the first and second prisms is also reversed ray tracing. It will be expressed according to. Further, a light beam traveling in an optical path connecting the exit pupil 1 and the LCD 5 via the optical system is referred to as a first light beam.

【0141】第1プリズム3は、ガラス又はプラスチッ
ク等の透明なプリズム媒質を挟んで、第1入射面33
反射面32 、第1射出面31 を有している。
The first prism 3 has a first incident surface 3 3 , with a transparent prism medium such as glass or plastic interposed therebetween.
The reflecting surface 3 2, has a first exit surface 3 1.

【0142】第2プリズム4は、ガラス又はプラスチッ
ク等の透明なプリズム媒質を挟んで、第2入射面42
第2射出面41 を有している。
The second prism 4 has a second entrance surface 4 2 , with a transparent prism medium such as glass or plastic interposed therebetween.
And a second exit surface 4 1.

【0143】第1プリズム3と第2プリズム4とは、そ
の間にホログラム素子として反射型体積ホログラム(H
OE)6を挟んで接合されている。
The first prism 3 and the second prism 4 have a reflection type volume hologram (H
OE) 6 therebetween.

【0144】なお、第1プリズム3のプリズム媒質と第
2プリズム4のプリズム媒質は、共にガラス又は共にプ
ラスチックというように、同じ媒質で構成されている。
The prism medium of the first prism 3 and the prism medium of the second prism 4 are made of the same medium, such as glass or plastic.

【0145】第1プリズム3の第1入射面33 は、何れ
の実施例も、LCD5側に配置されていて、観察像から
の光線を透過して第1プリズム3内に入射させる作用を
有し、透過時にその光線にパワーを与えるような対称面
が1面のみの自由曲面形状に形成されている。
[0145] The first incident surface 3 3 of the first prism 3, one embodiment also have a function of be disposed LCD5 side, to be incident on the first prism 3 passes through the light beam from the observation image A symmetrical surface that gives power to the light beam at the time of transmission is formed into a single free-form surface shape.

【0146】反射面32 は、第1プリズム3内で光線を
反射させる作用を有し、何れの実施例も、反射時に光線
に正のパワーを与えるような凹面形状の曲面(ここでは
自由曲面)に形成されている。また、反射面32 には、
ミラーコーティングが施されている。
[0146] reflective surface 3 2 has a function to reflect light in the first prism 3, one embodiment also, the free positive curved surface of concave shape so as to provide power (here beam upon reflection curved surface ) Is formed. Further, the reflecting surface 3 2,
Mirror coating is applied.

【0147】第1射出面31 は、実施例1はX軸方向に
曲率を有し、Y軸方向では曲率を持たないシリンドリカ
ル面で、実施例2はX軸方向に曲率を持たず、Y軸方向
で曲率を有するシリンドリカル面で、実施例3は平面
で、実施例4はX軸方向の曲率とY軸方向の曲率の曲率
が異なるトーリック面で、実施例5は球面で、それぞれ
形成され、第1プリズム3外に光線を射出させる作用を
有する。
[0147] The first exit surface 3 1, Example 1 has a curvature in the X-axis direction, with the cylindrical surface having no curvature in the Y-axis direction, the second embodiment does not have a curvature in the X-axis direction, Y Example 3 is a planar surface having a curvature in the axial direction, Example 3 is a flat surface, Example 4 is a toric surface having different curvatures in the X-axis and Y-axis directions, and Example 5 is a spherical surface. Has the function of emitting light rays to the outside of the first prism 3.

【0148】第2プリズムの第2入射面42 は、第1プ
リズム3側に配置されていて、第1プリズム3から射出
した光線を透過して第2プリズム4内に入射させる作用
を有し、それぞれの実施例で第1プリズム3の第1射出
面31 と略同一の形状で構成されている。
[0148] The second incident surface 4 2 of the second prism has an action which is disposed on the first prism 3 side, to be incident on the second prism 4 passes through the light beam emitted from the first prism 3 It is configured for each example the first exit surface 3 1 and substantially the same shape of the first prism 3.

【0149】第2射出面41 は、第2プリズム4外に光
線を射出させる作用を有し、何れの実施例も、透過時に
光線にパワーを与えるような対称面が一面のみの自由曲
面形状に形成されており、前記接眼光学部材で発生する
回転非対称なコマ収差又は非点収差の少なくとも一方の
回転非対称な収差を補正する作用を有している。
[0149] The second exit surface 4 1 has a function to emit light outside the second prism 4, any of the embodiments also, the free curved plane of symmetry which gives power to the light upon transmission only one side And has the function of correcting at least one of rotationally asymmetric coma and astigmatism generated by the eyepiece optical member.

【0150】なお、第1プリズム3の第1入射面33
反射面32 、第2プリズム4の第2射出面41 の自由曲
面における唯一の対称面は、光軸の折り返し面(Y−Z
面)に一致している(図1〜図5参照)。
The first entrance surface 3 3 of the first prism 3 ,
The reflecting surface 3 2, only one plane of symmetry of the second free-form surface of the exit surface 4 1 of the second prism 4, bent surfaces of the optical axis (Y-Z
(See FIGS. 1 to 5).

【0151】体積型ホログラム6は、上述のように、第
1光束が第1の入射角度(例えば、実施例1の場合は、
波長520nmの光線については、47.3°)で入射
したときにはその光束を回折反射し、第1光束が第1の
入射角度以外の角度で入射したときには、その光束を透
過させるように構成されている。
As described above, in the volume hologram 6, the first light beam has the first incident angle (for example, in the case of the first embodiment,
With respect to a light beam having a wavelength of 520 nm, the light beam is diffracted and reflected when incident at 47.3 °, and transmitted when the first light beam is incident at an angle other than the first incident angle. I have.

【0152】そして、実施例1〜5の観察光学系では、
LCD5から射出された第1光束は、第1入射面33
透過して第1プリズム3の内部に入射した後、第1射出
面3 1 に貼り付けられた体積型ホログラム6に対し第1
の入射角度で入射する。このとき、入射した第1光束
は、体積型ホログラム6面において100%近い反射回
折効率でもって回折反射され、反射面32 に向かい反射
面32 で反射されて、第1射出面31 に貼り付けられた
体積型ホログラム6に対し第1の入射角度以外の入射角
度で入射する。このときの入射角度は、体積型ホログラ
ム6の高い回折効率を有する回折効率の角度選択性より
外れるため、第1光束の入射光は、体積型ホログラム6
を透過して、第1プリズム3から射出する。その後、第
1光束は、第2プリズム4の第2入射面41 を透過して
第2プリズム4の内部に入射し、第2射出面42 を透過
することによって第2プリズム4から射出して射出瞳1
側に導かれる。
In the observation optical systems of Examples 1 to 5,
The first light beam emitted from the LCD 5 is incident on the first incident surface 3.ThreeTo
After transmitting and entering the inside of the first prism 3, the first exit
Face 3 1To the volume hologram 6 attached to the first
Incident at an angle of incidence. At this time, the incident first light flux
Indicates the number of reflection times close to 100% on the six surfaces of the volume hologram.
Diffraction with reflection efficiency, reflection surface 3TwoReflection towards
Face 3TwoIs reflected by the first exit surface 31Pasted on
Incident angles other than the first incident angle with respect to the volume hologram 6
Incident in degrees. The angle of incidence at this time is
From the angle selectivity of the diffraction efficiency with high diffraction efficiency
Therefore, the incident light of the first light beam is transmitted to the volume hologram 6.
And exits from the first prism 3. Then
One light beam is transmitted to the second incident surface 4 of the second prism 4.1Through
The light enters the interior of the second prism 4 and is incident on the second exit surface 4.TwoThrough
The exit pupil 1 from the second prism 4
Guided to the side.

【0153】なお、本発明の実施例1〜5においては、
観察光学系として説明することとしているが、観察光学
系の像面にLCD5に換えて撮像素子13を配置し、瞳
面(射出瞳1の位置)に物体からの光束の明るさを絞る
明るさ絞り14を配置することにより、撮像光学系とし
て構成することができる。
In Examples 1 to 5 of the present invention,
Although described as an observation optical system, an image pickup device 13 is arranged in place of the LCD 5 on the image plane of the observation optical system, and the brightness for narrowing the brightness of a light beam from an object on the pupil plane (the position of the exit pupil 1). By arranging the stop 14, it can be configured as an imaging optical system.

【0154】その場合には、第1プリズム3の第1入射
面33 は、第1プリズム3外に光線を射出させる面(第
4射出面)として作用し、第1射出面31 は、第2プリ
ズム4から射出した光線を第1プリズム3内に入射させ
る面(第4入射面)として作用する。また、第2プリズ
ム4の第2入射面42 は、第2プリズム4外に光線を射
出させる面(第3射出面)として作用し、第2射出面4
1 は、明るさ絞り14を通過した物体からの光線を第2
プリズム4内に入射させる面(第3入射面)として作用
する。
[0154] In this case, the first entrance surface 3 3 of the first prism 3, the light beam outside the first prism 3 acts as a surface to be emitted (4th exit surface), a first exit surface 3 1, The light beam emitted from the second prism 4 acts as a surface (fourth incident surface) for entering the first prism 3. The second incidence surface 4 2 of the second prism 4, the second prism 4 rays outside act as a surface for injection (third exit surface), the second exit surface 4
1 is a light beam from an object that has passed through the aperture stop 14
It functions as a surface (third incident surface) that enters the prism 4.

【0155】そして、本発明を撮像光学系として構成し
た場合には、明るさ絞り14を通過した物体からの光線
は、第2プリズム4の第3入射面41 を透過して第2プ
リズム4内に入射した後、第2プリズム4の第3射出面
2 に貼り付けられた体積型ホログラム6に対し第1の
入射角度以外の入射角度で入射する。このときの入射角
度は、体積型ホログラム6の高い回折効率を有する回折
効率の角度選択性より外れるため、第1光束の入射光
は、体積型ホログラム6を透過して、第2プリズム4か
ら射出し、次いで、第1プリズムの第4入射面31 を透
過して第1プリズム3内に入射する。その後、光束は、
第1プリズム3の反射面32 に向かい反射面32 で反射
されて、第4入射面31 に貼り付けられた体積型ホログ
ラム6に対し略第1の入射角度(例えば、実施例1の場
合は、波長520nmの光線については、47.3°)
で入射する。このとき、入射した第1光束は、体積型ホ
ログラム6により100%近い反射回折効率でもって回
折反射されて、第4射出面3 3 を透過して、第1プリズ
ム3を射出して、撮像素子13に導かれる。
The present invention is configured as an image pickup optical system.
The light from the object that has passed through the aperture 14
Is the third incident surface 4 of the second prism 41Through the second
After entering the rhythm 4, the third exit surface of the second prism 4
4TwoThe volume hologram 6 attached to the first
It is incident at an incident angle other than the incident angle. Angle of incidence at this time
The degree of diffraction of the volume hologram 6 has high diffraction efficiency.
The incident light of the first light beam is out of the angular selectivity of the efficiency.
Is transmitted through the volume hologram 6 and the second prism 4
And then the fourth entrance surface 3 of the first prism1Through
Then, the light enters the first prism 3. After that, the luminous flux
Reflecting surface 3 of first prism 3TwoReflecting surface 3 towardTwoReflected in
And the fourth incident surface 31Volume holog pasted on
With respect to the ram 6, a substantially first incident angle (for example, in the case of the first embodiment)
In the case of a light having a wavelength of 520 nm, 47.3 °)
Incident. At this time, the incident first light beam is
According to the program 6, it is possible to rotate with a reflection diffraction efficiency close to 100%.
Fourth exit surface 3 which is folded and reflected ThreeThrough the first prism
The beam 3 is emitted and guided to the image sensor 13.

【0156】その他、体積型ホログラムは、R,G,B
の3層を貼り合わせて構成されており、カラー像を観察
することができるようになっている。
In addition, volume holograms include R, G, B
These three layers are bonded together so that a color image can be observed.

【0157】実施例1〜5において、何れも、用いる画
像表示素子は、対角長0.55インチ、アスペクト比
4:3であり、サイズは縦8.448mm×横11.2
64mmである。また、中心視度は−1.0Dであり、
観察画角は水平全画角30.0°、垂直全画角22.7
°であり、瞳径はφ4mmである。アイリリーフは、実
施例1が28.34mm、実施例2が27.93mm、
実施例3が27.91mm、実施例4が28.34m
m、実施例5が27.95mmである。
In each of Examples 1 to 5, the image display element used was 0.55 inches in diagonal length, the aspect ratio was 4: 3, and the size was 8.448 mm in length × 11.2 in width.
64 mm. The central diopter is -1.0D,
Observation angle of view: horizontal full angle of view 30.0 °, vertical full angle of view 22.7
°, and the pupil diameter is φ4 mm. The eye relief was 28.34 mm in Example 1, 27.93 mm in Example 2,
Example 3 is 27.91 mm, Example 4 is 28.34 m
m, Example 5 is 27.95 mm.

【0158】以下に各実施例の数値データを示すが、以
下の表中の“FFS”は自由曲面、“CYL”はシリン
ドリカル面、“HOE”は反射型ホログラム面、“TO
R”はトーリック面、“RE”は反射面をそれぞれ示
す。
Numerical data of each embodiment are shown below. In the table below, "FFS" is a free-form surface, "CYL" is a cylindrical surface, "HOE" is a reflection hologram surface, and "TOE".
“R” indicates a toric surface, and “RE” indicates a reflective surface.

【0159】 実施例1 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(瞳面) 偏心(1) 2 FFS 偏心(2) 1.5254 56.2 3 CYL 偏心(3) 1.5254 56.2 4 FFS(RE) 偏心(4) 1.5254 56.2 5 CYL(HOE) 偏心(3) 1.5254 56.2 6 FFS 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) CYL Rx -183.88 Ry ∞ FFS C4 1.4081×10-26 1.9480×10-28 5.7152×10-410 3.1468×10-411 -9.0005×10-613 -5.2999×10-515 -2.0707×10-5 FFS C4 -6.6649×10-36 -3.7544×10-38 1.2394×10-410 2.2242×10-511 -3.2898×10-613 -1.4789×10-515 -5.7270×10-6 FFS C4 -5.5913×10-36 -1.1475×10-28 -6.6952×10-410 6.7339×10-511 9.2151×10-513 3.7627×10-415 1.5673×10-4 HOE HV1: REA HV2: REA HOR: 1 HX1: 0.0 HY1: 0.0 HZ1: 0.0 HX2: 0.0 HY2: 0.0 HZ2: 0.0 (第1層) HWL: 630 H2 0.1033×10-23 -0.2160×10-25 -0.1062×10-27 -0.1201×10-39 -0.3320×10-410 0.6054×10-512 -0.6586×10-614 -0.2407×10-616 0.5397×10-618 0.5652×10-820 -0.1139×10-721 -0.9545×10-823 0.2587×10-725 -0.2341×10-827 0.5905×10-10 (第2層) HWL: 520 H2 0.7285×10-33 -0.1900×10-25 -0.9272×10-37 -0.1079×10-39 -0.3038×10-410 0.5751×10-512 -0.1250×10-514 -0.8794×10-716 0.5433×10-618 -0.2290×10-720 0.3096×10-721 -0.9701×10-823 0.2835×10-725 -0.2596×10-827 0.1819×10-8 (第3層) HWL: 470 H2 0.4134×10-33 -0.1746×10-25 -0.8496×10-37 -0.1006×10-39 -0.2702×10-410 0.5553×10-512 -0.1524×10-514 0.7510×10-716 0.5495×10-618 -0.4000×10-720 0.5038×10-721 -0.9397×10-823 0.2966×10-725 -0.2949×10-827 0.2580×10-8 偏心(1) X 0.00 Y 0.00 Z 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -2.67 Z 28.34 α 10.37 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 4.54 Z 31.74 α 20.14 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y -1.47 Z 39.62 α -12.73 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 11.09 Z 35.79 α 69.79 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 17.48 Z 38.23 α -116.96 β 0.00 γ 0.00 θ=69.86° Dx/Rx=−0.0613 Dx/Ry= 0 Da/Ra=−0.0944 Db/Rb= 0 。Example 1 Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object plane ∞-1000.00 1 ∞ (pupil plane) Eccentricity (1) 2 FFS Eccentricity (2) 1.5254 56.2 3 CYL Eccentricity (3) 1.5254 56.2 4 FFS (RE) Eccentricity (4) 1.5254 56.2 5 CYL (HOE) Eccentricity (3) 1.5254 56.2 6 FFS Eccentricity (5) Image plane ∞ Eccentricity (6) CYL Rx -183.88 Ry ∞ FFS C 4 1.4081 × 10 -2 C 6 1.9480 × 10 -2 C 8 5.7152 × 10 -4 C 10 3.1468 × 10 -4 C 11 -9.0005 × 10 -6 C 13 -5.2999 × 10 -5 C 15 -2.0707 × 10 -5 FFS C 4 -6.6649 × 10 - 3 C 6 -3.7544 × 10 -3 C 8 1.2394 × 10 -4 C 10 2.2242 × 10 -5 C 11 -3.2898 × 10 -6 C 13 -1.4789 × 10 -5 C 15 -5.7270 × 10 -6 FFS C 4 -5.5913 × 10 -3 C 6 -1.1475 × 10 -2 C 8 -6.6952 × 10 -4 C 10 6.7 339 × 10 -5 C 11 9.2 151 × 10 -5 C 13 3.7627 × 10 -4 C 15 1.5673 × 10 -4 HOE HV1: REA HV2: REA HOR: 1 HX1: 0.0 HY1: 0.0 HZ1: 0.0 HX2: 0.0 HY2: 0.0 HZ2: 0.0 (first layer) HWL: 630 H 2 0.1033 × 10 -2 H 3 -0.2160 × 10 -2 H 5 -0.1062 × 10 -2 H 7 -0.1201 × 10 -3 H 9 -0.3 320 × 10 -4 H 10 0.6054 × 10 -5 H 12 -0.6586 × 10 -6 H 14 -0.2407 × 10 -6 H 16 0.5397 × 10 -6 H 18 0.5652 × 10 -8 H 20 -0.1139 × 10 -7 H 21 -0.9545 × 10 -8 H 23 0.2587 × 10 -7 H 25 -0.2341 × 10 -8 H 27 0.5905 × 10 -10 (2nd layer) HWL: 520 H 2 0.7285 × 10 -3 H 3 -0.1900 × 10 -2 H 5 -0.9272 × 10 -3 H 7 -0.1079 × 10 -3 H 9 -0.3038 × 10 -4 H 10 0.5751 × 10 -5 H 12 -0.1250 × 10 -5 H 14 -0.8794 × 10 -7 H 16 0.5433 × 10 -6 H 18 -0.2290 × 10 -7 H 20 0.3096 × 10 -7 H 21 -0.9701 × 10 -8 H 23 0.2835 × 10 -7 H 25 -0.2596 × 10 -8 H 27 0.1819 × 10 -8 ( third layer) HWL: 470 H 2 0.4134 × 10 -3 H 3 -0.1746 × 10 - 2 H 5 -0.8496 × 10 -3 H 7 -0.1006 × 10 -3 H 9 -0.2702 × 10 -4 H 10 0.5553 × 10 -5 H 12 -0.1524 × 10 -5 H 14 0.7510 × 10 -7 H 16 0.5495 × 10 -6 H 18 -0.4000 × 10 -7 H 20 0.5038 × 10 -7 H 21 -0.9397 × 10 -8 H 23 0.2966 × 10 -7 H 25 -0.2949 × 10 -8 H 27 0.2580 × 10 -8 (1) X 0.00 Y 0.00 Z 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) X 0.00 Y -2.67 Z 28.34 α 10.37 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) X 0.00 Y 4.54 Z 31.74 α 20.14 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) X 0.00 Y -1.47 Z 39.62 α -12.73 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (5) X 0.00 Y 11.09 Z 35.79 α 69.79 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (6) X 0.00 Y 17.48 Z 38.23 α -116.96 β 0.00 γ 0.00 θ = 69.86 ° Dx / Rx = -0.0613 Dx / Ry = 0 Da / Ra = -0.0944 Db / Rb = 0.

【0160】 実施例2 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(瞳面) 偏心(1) 2 FFS 偏心(2) 1.5254 56.2 3 CYL 偏心(3) 1.5254 56.2 4 FFS(RE) 偏心(4) 1.5254 56.2 5 CYL(HOE) 偏心(3) 1.5254 56.2 6 FFS 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) CYL Rx ∞ Ry -167.81 FFS C4 3.2852×10-26 3.2975×10-38 3.1981×10-410 4.3918×10-411 -1.4812×10-513 -5.4025×10-515 3.8057×10-5 FFS C4 -6.4069×10-46 -1.0330×10-28 1.8977×10-410 4.5314×10-511 -7.0230×10-613 -1.6251×10-515 4.6406×10-6 FFS C4 -1.5137×10-26 1.6463×10-28 -2.4620×10-310 1.8240×10-411 1.5732×10-413 3.2072×10-415 -2.8944×10-4 HOE HV1: REA HV2: REA HOR: 1 HX1: 0.0 HY1: 0.0 HZ1: 0.0 HX2: 0.0 HY2: 0.0 HZ2: 0.0 (第1層) HWL: 630 H2 0.5585×10-23 -0.2727×10-25 -0.2241×10-37 -0.1729×10-39 0.2012×10-410 0.4093×10-512 -0.6315×10-614 0.4235×10-616 0.4673×10-618 0.4414×10-620 -0.3938×10-621 -0.1230×10-723 0.3303×10-725 -0.7171×10-927 -0.1609×10-7 (第2層) HWL: 520 H2 0.4590×10-23 -0.2294×10-25 -0.9272×10-37 -0.1573×10-39 0.2531×10-410 0.5751×10-512 -0.9114×10-614 0.1040×10-516 0.5433×10-618 0.3726×10-620 -0.3844×10-621 -0.9701×10-823 0.3090×10-725 0.1526×10-927 0.1819×10-8 (第3層) HWL: 470 H2 0.3871×10-23 -0.2031×10-25 -0.2192×10-37 -0.1416×10-39 0.2737×10-410 0.2333×10-512 -0.5933×10-614 0.1284×10-516 0.4896×10-618 0.3413×10-620 -0.3722×10-621 -0.3603×10-823 0.2860×10-725 -0.1499×10-827 -0.1747×10-7 偏心(1) X 0.00 Y 0.00 Z 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y 0.36 Z 27.93 α 11.25 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 3.67 Z 30.94 α 19.56 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y -0.62 Z 38.24 α -13.13 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 11.01 Z 34.91 α 75.07 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 17.90 Z 36.47 α -115.50 β 0.00 γ 0.00 θ=70.03° Dx/Rx= 0 Dx/Ry=−0.0707 Da/Ra=−0.1282 Db/Rb= 0 。Example 2 Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object plane -100-1000.00 1 ∞ (pupil plane) Eccentricity (1) 2 FFS Eccentricity (2) 1.5254 56.2 3 CYL Eccentricity (3) 1.5254 56.2 4 FFS (RE) Eccentricity (4) 1.5254 56.2 5 CYL (HOE) Eccentricity (3) 1.5254 56.2 6 FFS Eccentricity (5) Image plane 偏 Eccentricity (6) CYL Rx ∞ Ry -167.81 FFS C 4 3.2852 × 10 -2 C 6 3.2975 × 10 -3 C 8 3.1981 × 10 -4 C 10 4.3918 × 10 -4 C 11 -1.4812 × 10 -5 C 13 -5.4025 × 10 -5 C 15 3.8057 × 10 -5 FFS C 4 -6.4069 × 10 -4 C 6 -1.0 330 × 10 -2 C 8 1.8977 × 10 -4 C 10 4.5314 × 10 -5 C 11 -7.0 230 × 10 -6 C 13 -1.6251 × 10 -5 C 15 4.6406 × 10 -6 FFS C 4 -1.5137 × 10 -2 C 6 1.6463 × 10 -2 C 8 -2.4620 × 10 -3 C 10 1.8 240 × 10 -4 C 11 1.5732 × 10 -4 C 13 3.2072 × 10 -4 C 15 -2.8944 × 10 -4 HOE HV1 : REA HV2: REA HOR: 1 HX1: 0.0 HY1: 0.0 HZ1: 0.0 HX2: 0.0 HY2: 0.0 HZ2: 0.0 ( first layer) HWL: 630 H 2 0.5585 × 10 -2 H 3 -0.2727 × 10 -2 H 5 -0.2241 × 10 -3 H 7 -0.1729 × 10 -3 H 9 0.2012 × 10 -4 H 10 0.4093 × 10 -5 H 12 -0.6315 × 10 -6 H 14 0.4235 × 10 - 6 H 16 0.4673 × 10 -6 H 18 0.4414 × 10 -6 H 20 -0.3938 × 10 -6 H 21 -0.1230 × 10 -7 H 23 0.3303 × 10 -7 H 25 -0.7171 × 10 -9 H 27 -0.1609 × 10 -7 (2nd layer) HWL: 520 H 2 0.4590 × 10 -2 H 3 -0.2294 × 10 -2 H 5 -0.9272 × 10 -3 H 7 -0.1573 × 10 -3 H 9 0.2531 × 10 -4 H 10 0.5751 × 10 -5 H 12 -0.9114 × 10 -6 H 14 0.1040 × 10 -5 H 16 0.5433 × 10 -6 H 18 0.3726 × 10 -6 H 20 -0.3844 × 10 -6 H 21 -0.9701 × 10 -8 H 23 0.3090 × 10 -7 H 25 0.1526 × 10 -9 H 27 0.1819 × 10 -8 (3rd layer) HWL: 470 H 2 0.3871 × 10 -2 H 3 -0.2031 × 10 -2 H 5 -0.2192 × 10 -3 H 7 -0.1416 × 10 -3 H 9 0.2737 × 10 -4 H 10 0.2333 × 10 -5 H 12 -0.5933 × 10 -6 H 14 0.1284 × 10 -5 H 16 0.4896 × 10 -6 H 18 0.3413 × 10 -6 H 20 -0.3722 × 10 -6 H 21 -0.3603 × 10 -8 H 23 0.2860 × 10 -7 H 25 -0.1499 × 10 -8 H 27 -0.1747 × 10 -7 eccentric (1) X 0.00 Y 0. 00 Z 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) X 0.00 Y 0.36 Z 27.93 α 11.25 β 0.00 γ eccentricity (3) X 0.00 Y 3.67 Z 30.94 α 19.56 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) X 0.00 Y -0.62 Z 38.24 α -13.13 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (5) X 0.00 Y 11.01 Z 34.91 α 75.07 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (6) X 0.00 Y 17.90 Z 36.47 α -115.50 β 0.00 γ 0.00 θ = 70.03 ° Dx / Rx = 0 Dx / Ry = −0.0707 Da / Ra = −0.1282 Db / Rb = 0.

【0161】 実施例3 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(瞳面) 偏心(1) 2 FFS 偏心(2) 1.5254 56.2 3 ∞ 偏心(3) 1.5254 56.2 4 FFS(RE) 偏心(4) 1.5254 56.2 5 ∞ (HOE) 偏心(3) 1.5254 56.2 6 FFS 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) FFS C4 3.3501×10-26 2.9604×10-38 5.7973×10-410 6.6754×10-411 -9.2202×10-613 -5.0913×10-515 3.4518×10-5 FFS C4 -2.5765×10-46 -8.8917×10-38 2.4647×10-410 3.8827×10-511 -6.6413×10-613 -1.3699×10-515 6.8648×10-6 FFS C4 -9.5889×10-36 3.3124×10-28 -3.5119×10-310 1.7859×10-311 1.6079×10-413 3.2884×10-515 -3.2974×10-4 HOE HV1: REA HV2: REA HOR: 1 HX1: 0.0 HY1: 0.0 HZ1: 0.0 HX2: 0.0 HY2: 0.0 HZ2: 0.0 (第1層) HWL: 630 H2 0.5015×10-23 -0.2727×10-25 -0.6845×10-47 -0.1253×10-39 0.2997×10-410 0.5917×10-512 -0.9083×10-614 0.1669×10-516 0.3649×10-618 -0.5739×10-720 -0.1921×10-621 -0.1067×10-723 0.1352×10-725 -0.1290×10-727 -0.8941×10-8 (第2層) HWL: 520 H2 0.4085×10-23 -0.2327×10-25 -0.9226×10-47 -0.1099×10-39 0.2933×10-410 0.4942×10-512 -0.8760×10-614 0.1990×10-516 0.4349×10-618 -0.9260×10-720 -0.1725×10-621 -0.5201×10-823 0.1461×10-725 -0.1144×10-727 -0.1007×10-7 (第3層) HWL: 470 H2 0.3396×10-23 -0.2090×10-25 -0.1106×10-37 -0.9409×10-49 0.2936×10-410 0.4540×10-512 -0.4906×10-614 0.2100×10-516 0.4005×10-618 -0.1097×10-620 -0.1643×10-621 -0.4518×10-823 0.1283×10-725 -0.1245×10-727 -0.9771×10-8 偏心(1) X 0.00 Y 0.00 Z 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y 0.37 Z 27.91 α 13.67 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 2.73 Z 30.67 α 16.01 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 0.09 Z 37.63 α -13.84 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 10.95 Z 35.87 α 80.36 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 18.32 Z 36.73 α -119.42 β 0.00 γ 0.00 θ=73.99° Dx/Rx= 0 Dx/Ry= 0 Da/Ra= 0 Db/Rb= 0 。Example 3 Surface Number Curvature Radius Surface Distance Eccentricity Refractive Index Abbe Number Object Surface ∞ -1000.00 1 ∞ (pupil surface) Eccentricity (1) 2 FFS Eccentricity (2) 1.5254 56.2 3 ∞ Eccentricity (3) 1.5254 56.2 4 FFS (RE) Eccentricity (4) 1.5254 56.2 5 ∞ (HOE) Eccentricity (3) 1.5254 56.2 6 FFS Eccentricity (5) Image plane ∞ Eccentricity (6) FFS C 4 3.3501 × 10 -2 C 6 2.9604 × 10 -3 C 8 5.7973 × 10 -4 C 10 6.6754 × 10 -4 C 11 -9.2202 × 10 -6 C 13 -5.0913 × 10 -5 C 15 3.4518 × 10 -5 FFS C 4 -2.5765 × 10 -4 C 6 -8.8917 × 10 -3 C 8 2.4647 × 10 -4 C 10 3.8827 × 10 -5 C 11 -6.6413 × 10 -6 C 13 -1.3699 × 10 -5 C 15 6.8648 × 10 -6 FFS C 4 -9.5889 × 10 -3 C 6 3.3124 × 10 -2 C 8 -3.5119 × 10 -3 C 10 1.7859 × 10 -3 C 11 1.6079 × 10 -4 C 13 3.2884 × 10 -5 C 15 -3.2974 × 10 -4 HOE HV1: REA HV2: REA HOR : 1 HX1: 0.0 HY1: 0.0 HZ1: 0.0 HX2: 0.0 HY2: 0.0 HZ2: 0.0 ( first layer) HWL: 630 H 2 0.5015 × 10 -2 H 3 -0.2727 × 10 -2 H 5 -0.6845 × 10 - 4 H 7 -0.12 53 × 10 -3 H 9 0.2997 × 10 -4 H 10 0.5917 × 10 -5 H 12 -0.9083 × 10 -6 H 14 0.1669 × 10 -5 H 16 0.3649 × 10 -6 H 18 -0.5739 × 10 -7 H 20 -0.1921 × 10 -6 H 21 -0.1067 × 10 -7 H 23 0.1352 × 10 -7 H 25 -0.1290 × 10 -7 H 27 -0.8941 × 10 -8 (2nd layer) HWL: 520 H 2 0.4085 × 10 -2 H 3 -0.2327 × 10 -2 H 5 -0.9226 × 10 -4 H 7 -0.1099 × 10 -3 H 9 0.2933 × 10 -4 H 10 0.4942 × 10 -5 H 12 -0.8760 × 10 -6 H 14 0.1990 × 10 -5 H 16 0.4349 × 10 -6 H 18 -0.9 260 × 10 -7 H 20 -0.1725 × 10 -6 H 21 -0.5201 × 10 -8 H 23 0.1461 × 10 -7 H 25 -0.1144 × 10 -7 H 27 -0.1007 × 10 -7 (3rd layer) HWL: 470 H 2 0.3396 × 10 -2 H 3 -0.2090 × 10 -2 H 5 -0.1106 × 10 -3 H 7 -0.9409 × 10 -4 H 9 0.2936 × 10 -4 H 10 0.4540 × 10 -5 H 12 -0.4906 × 10 -6 H 14 0.2100 × 10 -5 H 16 0.4005 × 10 -6 H 18 -0.1097 × 10 -6 H 20 -0.1643 × 10 - 6 H 21 -0.4518 × 10 -8 H 23 0.1283 × 10 -7 H 25 -0.1245 × 10 -7 H 27 -0.9771 × 10 -8 Eccentricity (1) X 0.00 Y 0.00 Z 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) X 0.00 Y 0.37 Z 27.91 α 13.67 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) X 0.00 Y 2.73 Z 30.67 α 16.01 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) X 0.00 Y 0.09 Z 37.63 α -13.84 β 0.00 γ Eccentricity ( 5) X 0.00 Y 10.95 Z 35.87 α 80.36 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (6) X 0.00 Y 18.32 Z 36.73 α -119.42 β 0.00 γ 0.00 θ = 73.99 ° Dx / Rx = 0 Dx / Ry = 0 Da / Ra = 0 Db / Rb = 0.

【0162】 実施例4 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(瞳面) 偏心(1) 2 FFS 偏心(2) 1.5254 56.2 3 TOR 偏心(3) 1.5254 56.2 4 FFS(RE) 偏心(4) 1.5254 56.2 5 TOR(HOE) 偏心(3) 1.5254 56.2 6 FFS 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) TOR Rx -186.67 Ry-1921.54 FFS C4 1.4572×10-26 1.9424×10-28 5.6118×10-410 3.0191×10-411 -5.5671×10-613 -5.7474×10-515 -2.0993×10-5 FFS C4 -6.5615×10-36 -3.9808×10-38 1.1615×10-410 2.5034×10-511 -2.4825×10-613 -1.5860×10-515 -5.8682×10-6 FFS C4 -5.3015×10-36 -1.2565×10-28 -6.6936×10-410 1.0147×10-511 8.2407×10-513 3.9328×10-415 1.7057×10-4 HOE HV1: REA HV2: REA HOR: 1 HX1: 0.0 HY1: 0.0 HZ1: 0.0 HX2: 0.0 HY2: 0.0 HZ2: 0.0 (第1層) HWL: 630 H2 0.1210×10-23 -0.2183×10-25 -0.1060×10-27 -0.1201×10-39 -0.3374×10-410 0.5781×10-512 -0.5260×10-614 -0.2197×10-616 0.5362×10-618 0.1622×10-720 -0.1139×10-721 -0.8656×10-823 0.2598×10-725 -0.2152×10-827 0.1856×10-10 (第2層) HWL: 520 H2 0.8868×10-33 -0.1923×10-25 -0.9251×10-37 -0.1079×10-39 -0.3086×10-410 0.5549×10-512 -0.1148×10-514 -0.7706×10-716 0.5434×10-618 -0.1750×10-720 0.3104×10-721 -0.8797×10-823 0.2840×10-725 -0.2596×10-827 0.1818×10-8 (第3層) HWL: 470 H2 0.5610×10-33 -0.1773×10-25 -0.8460×10-37 -0.1003×10-39 -0.2778×10-410 0.5545×10-512 -0.1523×10-514 0.7890×10-716 0.5497×10-618 -0.3994×10-720 0.5314×10-721 -0.9383×10-823 0.2987×10-725 -0.2959×10-827 0.2687×10-8 偏心(1) X 0.00 Y 0.00 Z 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -2.59 Z 28.33 α 10.27 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 4.53 Z 31.72 α 20.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y -1.38 Z 39.58 α -12.78 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 11.08 Z 35.82 α 69.78 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 17.48 Z 38.14 α -116.76 β 0.00 γ 0.00 θ=69.83° Dx/Rx=−0.0603 Dx/Ry=−0.0059 Da/Ra=−0.0928 Db/Rb=−0.0112 。Example 4 Surface Number Curvature Radius Surface Distance Eccentricity Refractive Index Abbe Number Object Surface -100-1000.00 1 ∞ (pupil surface) Eccentricity (1) 2 FFS Eccentricity (2) 1.5254 56.2 3 TOR Eccentricity (3) 1.5254 56.2 4 FFS (RE) Eccentricity (4) 1.5254 56.2 5 TOR (HOE) Eccentricity (3) 1.5254 56.2 6 FFS Eccentricity (5) Image plane ∞ Eccentricity (6) TOR Rx -186.67 Ry-1921.54 FFS C 4 1.4572 × 10 -2 C 6 1.9424 × 10 -2 C 8 5.6 118 × 10 -4 C 10 3.0 191 × 10 -4 C 11 -5.5671 × 10 -6 C 13 -5.7474 × 10 -5 C 15 -2.0993 × 10 -5 FFS C 4 -6.5615 × 10 -3 C 6 -3.9808 × 10 -3 C 8 1.1615 × 10 -4 C 10 2.5034 × 10 -5 C 11 -2.4825 × 10 -6 C 13 -1.5860 × 10 -5 C 15 -5.8682 × 10 -6 FFS C 4 -5.3015 × 10 -3 C 6 -1.2565 × 10 -2 C 8 -6.6936 × 10 -4 C 10 1.0147 × 10 -5 C 11 8.2407 × 10 -5 C 13 3.9328 × 10 -4 C 15 1.7057 × 10 - 4 HOE HV1: REA HV2: REA HOR: 1 HX1: 0.0 HY1: 0.0 HZ1: 0.0 HX2: 0.0 HY2: 0.0 HZ2: 0.0 ( first layer) HWL: 630 H 2 0.1210 × 10 -2 H 3 -0.2183 × 10 -2 H 5 -0.1060 × 10 -2 H 7 -0.1201 × 10 -3 H 9 -0.3374 × 10 -4 H 10 0.5781 × 10 -5 H 12 -0.5260 × 10 -6 H 14 - 0.2197 × 10 -6 H 16 0.5362 × 10 -6 H 18 0.1622 × 10 -7 H 20 -0.1139 × 10 -7 H 21 -0.8656 × 10 -8 H 23 0.2598 × 10 -7 H 25 -0.2152 × 10 -8 H 27 0.1856 × 10 -10 (2nd layer) HWL: 520 H 2 0.8868 × 10 -3 H 3 -0.1923 × 10 -2 H 5 -0.9251 × 10 -3 H 7 -0.1079 × 10 -3 H 9 -0.3086 × 10 -4 H 10 0.5549 × 10 -5 H 12 -0.1148 × 10 -5 H 14 -0.7706 × 10 -7 H 16 0.5434 × 10 -6 H 18 -0.1750 × 10 -7 H 20 0.3104 × 10 -7 H 21 -0.8797 × 10 -8 H 23 0.2840 × 10 -7 H 25 -0.2596 × 10 -8 H 27 0.1818 × 10 -8 (3rd layer) HWL: 470 H 2 0.5610 × 10 -3 H 3 -0.1773 × 10 -2 H 5 -0.8460 × 10 -3 H 7 -0.1003 × 10 -3 H 9 -0.2778 × 10 -4 H 10 0.5545 × 10 -5 H 12 -0.1523 × 10 -5 H 14 0.7890 × 10 -7 H 16 0.5497 × 10 -6 H 18 -0.3994 × 10 -7 H 20 0.5314 × 10 -7 H 21 -0.9383 × 10 -8 H 23 0.2987 × 10 -7 H 25 -0.2959 × 10 -8 H 27 0.2687 × 10 -8 Eccentricity (1) X 0.00 Y 0.00 Z 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) X 0.00 Y -2.59 Z 28.33 α 10.27 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) X 0.00 Y 4.53 Z 31.72 α 20.19 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) X 0.00 Y -1.38 Z 39.58 α -12.78 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (5) X 0.00 Y 11.08 Z 35.82 α 69.78 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (6) X 0.00 Y 17.48 Z 38.14 α -116.76 β 0.00 γ 0.00 θ = 69.83 ° Dx / Rx = -0.0603 Dx / Ry = -0.0059 Da / Ra = -0.0928 Db / Rb = -0.0112.

【0163】 実施例5 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(瞳面) 偏心(1) 2 FFS 偏心(2) 1.5254 56.2 3 -2000 偏心(3) 1.5254 56.2 4 FFS(RE) 偏心(4) 1.5254 56.2 5 -2000 (HOE) 偏心(3) 1.5254 56.2 6 FFS 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) FFS C4 3.2480×10-26 2.9376×10-38 6.3684×10-410 6.6437×10-411 -1.1018×10-513 -4.7966×10-515 3.1555×10-5 FFS C4 -6.3947×10-46 -8.9236×10-38 2.5164×10-410 5.4004×10-511 -7.1084×10-613 -1.3112×10-515 6.0361×10-6 FFS C4 -9.3660×10-36 3.1207×10-28 -3.4094×10-310 1.6934×10-311 1.5776×10-413 7.0544×10-515 -3.2674×10-4 HOE HV1: REA HV2: REA HOR: 1 HX1: 0.0 HY1: 0.0 HZ1: 0.0 HX2: 0.0 HY2: 0.0 HZ2: 0.0 (第1層) HWL: 630 H2 5.8162×10-33 -2.7701×10-35 -7.1217×10-57 -1.7079×10-49 1.8808×10-510 6.2670×10-612 -2.8904×10-614 1.2124×10-616 7.0035×10-718 4.4748×10-820 -1.5532×10-721 -6.1624×10-923 2.9660×10-825 -7.0306×10-927 -7.1544×10-9 (第2層) HWL: 520 H2 4.8663×10-33 -2.3849×10-35 -9.0966×10-57 -1.5366×10-49 1.8804×10-510 5.3088×10-612 -2.7147×10-614 1.4933×10-616 7.4193×10-718 5.0327×10-920 -1.3634×10-721 -1.0116×10-923 2.8504×10-825 -5.8172×10-927 -7.9636×10-9 (第3層) HWL: 470 H2 4.1797×10-33 -2.1530×10-35 -1.0820×10-47 -1.3803×10-49 1.8955×10-510 4.8880×10-612 -2.3165×10-614 1.5907×10-616 7.1219×10-718 -1.3661×10-820 -1.2815×10-721 -2.4660×10-10 23 2.7210×10-825 -7.2245×10-927 -7.5296×10-9 偏心(1) X 0.00 Y 0.00 Z 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y 0.00 Z 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 2.75 Z 30.72 α 16.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 0.11 Z 37.68 α -13.85 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 10.97 Z 35.93 α 79.77 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 18.33 Z 36.75 α -119.27 β 0.00 γ 0.00 θ=73.92° Dx/Rx=−0.0094 Dx/Ry=−0.0094 Da/Ra=−0.0111 Db/Rb=−0.0087 。 Example 5 Surface number Curvature radius Surface distance Eccentricity Refractive index Abbe number Object plane ∞ -1000.00 1 ∞ (pupil plane) Eccentricity (1) 2 FFS Eccentricity (2) 1.5254 56.2 3 -2000 Eccentricity (3) 1.5254 56.2 4 FFS (RE) Eccentricity (4) 1.5254 56.2 5 -2000 (HOE) Eccentricity (3) 1.5254 56.2 6 FFS Eccentricity (5) Image plane ∞ Eccentricity (6) FFS C 4 3.2480 × 10 -2 C 6 2.9376 × 10 -3 C 8 6.3684 × 10 -4 C 10 6.6437 × 10 -4 C 11 -1.1018 × 10 -5 C 13 -4.7966 × 10 -5 C 15 3.1555 × 10 -5 FFS C 4 -6.3947 × 10 -4 C 6 -8.9236 × 10 -3 C 8 2.5164 × 10 -4 C 10 5.4004 × 10 -5 C 11 -7.1084 × 10 -6 C 13 -1.3112 × 10 -5 C 15 6.0361 × 10 -6 FFS C 4 -9.3660 × 10 -3 C 6 3.1207 × 10 -2 C 8 -3.4094 × 10 -3 C 10 1.6934 × 10 -3 C 11 1.5776 × 10 -4 C 13 7.0544 × 10 -5 C 15 -3.2674 × 10 -4 HOE HV1: REA HV2: REA HOR: 1 HX1: 0.0 HY1 : 0.0 HZ1: 0.0 HX2: 0.0 HY2: 0.0 HZ2: 0.0 ( first layer) HWL: 630 H 2 5.8162 × 10 -3 H 3 -2.7701 × 10 -3 H 5 -7.1217 × 10 -5 H 7 - 1.7079 × 10 -4 H 9 1.8 808 × 10 -5 H 10 6.2 670 × 10 -6 H 12 -2.8904 × 10 -6 H 14 1.2124 × 10 -6 H 16 7.0035 × 10 -7 H 18 4.4748 × 10 -8 H 20 -1.5532 × 10 -7 H 21 -6.1624 × 10 -9 H 23 2.9 660 × 10 -8 H 25 -7.0306 × 10 -9 H 27 -7.1544 × 10 -9 (2nd layer) HWL: 520 H 2 4.8663 × 10 -3 H 3 -2.3849 × 10 -3 H 5 -9.0966 × 10 -5 H 7 -1.5366 × 10 -4 H 9 1.8804 × 10 -5 H 10 5.3088 × 10 -6 H 12 -2.7147 × 10 -6 H 14 1.4933 × 10 -6 H 16 7.4193 × 10 -7 H 18 5.0327 × 10 -9 H 20 -1.3634 × 10 -7 H 21 -1.0 116 × 10 -9 H 23 2.8 504 × 10 -8 H 25 -5.8 172 × 10 -9 H 27 -7.9636 × 10 -9 (third layer) HWL: 470 H 2 4.1797 × 10 -3 H 3 -2.1530 × 10 -3 H 5 -1.0820 × 10 -4 H 7 -1.3803 × 10 -4 H 9 1.8955 × 10 -5 H 10 4.8880 × 10 -6 H 12 -2.3165 × 10 -6 H 14 1.5907 × 10 -6 H 16 7.1219 × 10 -7 H 18 -1.3661 × 10 -8 H 20 -1.2815 × 10 -7 H 21 -2.4660 × 10 -10 H 23 2.7210 × 10 -8 H 25 -7.2245 × 10 -9 H 27 -7.5296 × 10 -9 eccentric (1) X 0.00 Y 0.00 Z 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 polarized Heart (2) X 0.00 Y 0.00 Z 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) X 0.00 Y 2.75 Z 30.72 α 16.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) X 0.00 Y 0.11 Z 37.68 α -13.85 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (5) X 0.00 Y 10.97 Z 35.93 α 79.77 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (6) X 0.00 Y 18.33 Z 36.75 α -119.27 β 0.00 γ 0.00 θ = 73.92 ° Dx / Rx = −0.0094 Dx / Ry = -0.0094 Da / Ra = -0.0111 Db / Rb = -0.0087.

【0164】次に、代表的に、上記実施例1の像歪みを
表す収差図を図6に、RGBそれぞれの波長領域におけ
る横収差を表す収差図を図7〜図9にそれぞれ示す。こ
れらの横収差図においては、括弧内に示された数字は
(水平画角,垂直画角)を表し、その画角における横収
差を示す。
Next, representatively, FIG. 6 shows aberration diagrams representing image distortion of the first embodiment, and FIGS. 7 to 9 show aberration diagrams representing lateral aberrations in the respective wavelength regions of RGB. In these lateral aberration diagrams, the numbers in parentheses indicate (horizontal angle of view, vertical angle of view), and indicate the lateral aberration at that angle of view.

【0165】ところで、図10は、以上のような実施例
の観察光学系の光軸を含むY−Z断面図であり、ホログ
ラム素子6を回折しないで透過した光がゴースト光とし
て悪影響を与えることを示す説明図である。
FIG. 10 is a sectional view taken along the line YZ including the optical axis of the observation optical system of the embodiment described above. The light transmitted through the hologram element 6 without being diffracted has an adverse effect as ghost light. FIG.

【0166】以上のような実施例の構成において、光束
が体積型ホログラム6に対して第1の入射角度で入射し
た場合であっても、所定の波長領域の光線は、例えば図
20に示すように、100%回折反射するのではなく、
極く僅かに回折反射しない不要次数光が発生して透過光
が発生し得る。
In the configuration of the above-described embodiment, even when the light beam enters the volume hologram 6 at the first incident angle, the light beam in the predetermined wavelength region is, for example, as shown in FIG. Instead of 100% diffracted reflection,
Unnecessary order light that is not very slightly diffracted and reflected is generated, and transmitted light may be generated.

【0167】そして、その透過光が例えば、図11に示
す接眼光学系の底面43 や側面(紙面に垂直な方向の
面)に光が当たり、その反射光がゴースト光として観察
者の眼球に入射するおそれがある。
[0167] Then, the transmitted light, for example, hit the light to the bottom surface 4 3 or the side surface of the ocular optical system shown in FIG. 11 (a direction perpendicular plane to the paper), the eye of the observer and the reflected light as a ghost light There is a risk of incidence.

【0168】そこで、本発明においては、図10に示す
ように、図1〜図5のような構成に加えて、第1プリズ
ム3の側面や第2プリズム4の側面及び底面43 にゴー
スト光除去部材として黒色塗料等光を吸収する性質を有
する部材をペイント処理を施す等して設けている。な
お、ゴースト光除去部材15を、第1プリズム3の第1
入射面33 内の光線有効径外や、第1プリズムの反射面
2 内の光線有効径外や、第2プリズム4の第2射出面
1 内の光線有効径外の領域等の非光学作用面(第1プ
リズム3と第2プリズム4において、第1光束を透過又
は反射させる光学作用面以外の面)に含まれる部位にも
設けることが望ましい。
[0168] Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 10, in addition to the configuration shown in FIGS. 1-5, ghost light on the side surface and the bottom surface 4 3 sides of the first prism 3 and the second prism 4 A member having a property of absorbing light, such as black paint, is provided as a removing member by performing a paint process or the like. The ghost light removing member 15 is connected to the first prism 3
Rays in the incident surface 3 3 outside the effective diameter and, and light outside the effective diameter of the reflective surface 3 in 2 of the first prism, the non-region or the like of the light beam effective diameter of the second exit surface 4 1 of the second prism 4 It is also desirable to provide it on a portion included in an optically active surface (a surface other than the optically active surface that transmits or reflects the first light flux in the first prism 3 and the second prism 4).

【0169】次に、以上のような本発明による観察光学
系、撮像光学系は、物体像を接眼レンズを通して観察す
る観察装置や、物体像を形成しその像をCCDや銀塩フ
ィルムといった撮像素子に受光させて撮影を行なう撮影
装置として用いることが可能である。具体的には、顕微
鏡、頭部装着型画像表示装置、内視鏡、プロジェクタ
ー、銀塩カメラ、デジタルカメラ、VTRカメラ、撮影
装置を内蔵したパソコン、携帯電話等の情報処理装置等
がある。以下にその実施形態を例示する。
Next, the above-described observation optical system and imaging optical system according to the present invention include an observation device for observing an object image through an eyepiece, and an imaging device such as a CCD or a silver halide film which forms an object image and converts the image. It can be used as a photographing device that performs photographing by receiving light. Specifically, there are a microscope, a head-mounted image display device, an endoscope, a projector, a silver halide camera, a digital camera, a VTR camera, a personal computer with a built-in photographing device, and an information processing device such as a mobile phone. The embodiment will be exemplified below.

【0170】その一例として、図12に頭部装着型で両
眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着した状態
を、図13にその断面図を示す。この構成は、本発明に
よる観察光学系を図14に示すように画像表示素子5を
備えた接眼光学系100として用いており、この接眼光
学系100を左右一対用意し、それらを眼幅距離だけ離
して支持することにより、両眼で観察できる据え付け型
又は頭部装着型画像表示装置のようなポータブル型の画
像表示装置102として構成されている。
As an example, FIG. 12 shows a state in which the head-mounted image display device for binocular wearing is mounted on the head of the observer, and FIG. 13 is a sectional view thereof. In this configuration, an observation optical system according to the present invention is used as an eyepiece optical system 100 having an image display element 5 as shown in FIG. The portable image display device 102 such as a stationary or head-mounted image display device that can be observed with both eyes by being supported separately.

【0171】すなわち、画像表示装置本体102には、
上記のような観察光学系が接眼光学系100として用い
られ、その接眼光学系100が左右一対備えられ、それ
らに対応して像面に液晶表示素子からなる画像表示素子
5が配置されている。そして、画像表示装置本体102
には、図12に示すように、左右に連続して図示のよう
な側頭フレーム103が設けられ、画像表示装置本体1
02を観察者の眼前に保持できるようになっている。な
お、図13に示すように、接眼光学系100の射出瞳と
第2プリズム4の第2射出面41 との間にカバー部材9
1が配置されている。このカバー部材91としては、平
行平面板、正レンズあるいは負レンズの何れを用いても
よい。
That is, in the image display device main body 102,
The observation optical system as described above is used as the eyepiece optical system 100, and the eyepiece optical system 100 is provided as a pair of left and right, and the image display element 5 composed of a liquid crystal display element is arranged on the image plane corresponding to them. Then, the image display device main body 102
As shown in FIG. 12, a temporal frame 103 as shown in FIG.
02 can be held in front of the observer's eyes. As shown in FIG. 13, the cover member between the second exit surface 4 1 of the exit pupil and the second prism 4 of the ocular optical system 100 9
1 is arranged. As the cover member 91, any of a parallel plane plate, a positive lens, and a negative lens may be used.

【0172】また、側頭フレーム103にはスピーカ1
04が付設されており、画像観察と共に立体音響を聞く
ことができるようになっている。このようにスピーカ1
04を有する表示装置本体102には、映像音声伝達コ
ード105を介してポータブルビデオカセット等の再生
装置106が接続されており、観察者はこの再生装置1
06を図示のようにベルト箇所等の任意の位置に保持し
て、映像音響を楽しむことができるようになっている。
図12の符号107は再生装置106のスイッチ、ボリ
ューム等の調節部である。なお、画像表示装置本体10
2の内部には映像処理、音声処理回路等の電子部品を内
蔵させてある。
The speaker 1 is provided on the temporal frame 103.
04 is provided so that stereophonic sound can be heard together with image observation. Thus, the speaker 1
A playback device 106 such as a portable video cassette is connected to a display device main body 102 having a video playback device 105 via a video / audio transmission code 105.
06 is held at an arbitrary position such as a belt position as shown in the figure, so that video and audio can be enjoyed.
Reference numeral 107 in FIG. 12 denotes a control unit of the playback device 106 such as a switch and a volume. The image display device main body 10
2, electronic components such as a video processing circuit and an audio processing circuit are incorporated.

【0173】なお、コード105は先端をジャックにし
て、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよ
い。さらに、TV電波受信用チューナーに接続してTV
鑑賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピ
ュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメ
ッセージ映像等を受信するようにしてもよい。また、邪
魔なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部
からの信号を電波によって受信するようにしてもよい。
The cord 105 may have a jack at the tip so that it can be attached to an existing video deck or the like. Furthermore, it is connected to a tuner for TV radio wave reception,
It may be used for viewing, or may be connected to a computer to receive computer graphics images, message images from the computer, and the like. Also, in order to reject an obstructive code, an antenna may be connected to receive an external signal by radio waves.

【0174】さらに、本発明による観察光学系は、接眼
光学系を左右何れか一方の眼前に配置した片眼用の頭部
装着型画像表示装置に用いてもよい。図14にその片眼
装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着(この場合
は、左眼に装着)した状態を示す。この構成では、画像
表示素子5を備えた接眼光学系100を1組備えた表示
装置本体102が前フレーム108の対応する眼の前方
位置に取り付けられ、その前フレーム108には左右に
連続して図示のような側頭フレーム103が設けられて
おり、表示装置本体102を観察者の片眼前に保持でき
るようになっている。その他の構成は図12の場合と同
様であり、説明は省く。
Further, the observation optical system according to the present invention may be used in a head mounted image display device for one eye in which an eyepiece optical system is disposed in front of one of the right and left eyes. FIG. 14 shows a state in which the image display device for one eye is mounted on the head of the observer (in this case, mounted on the left eye). In this configuration, a display device main body 102 having one set of an eyepiece optical system 100 having an image display element 5 is attached to a front frame 108 at a position in front of a corresponding eye, and is continuously connected to the front frame 108 from side to side. A temporal frame 103 as shown is provided, so that the display device main body 102 can be held in front of one eye of the observer. Other configurations are the same as those in FIG. 12, and a description thereof will be omitted.

【0175】また、図15〜図17は、本発明による撮
像光学系の要部構成を電子カメラのファインダー部の対
物光学系に組み込んだ構成の概念図を示す。図15は電
子カメラ40の外観を示す前方斜視図、図16は同後方
斜視図、図17は電子カメラ40の構成を示す断面図で
ある。
FIGS. 15 to 17 are conceptual diagrams of a configuration in which the main components of the imaging optical system according to the present invention are incorporated in the objective optical system of the finder section of the electronic camera. 15 is a front perspective view showing the appearance of the electronic camera 40, FIG. 16 is a rear perspective view of the same, and FIG. 17 is a sectional view showing the configuration of the electronic camera 40.

【0176】電子カメラ40は、この例の場合、撮影用
光路42を有する撮影光学系41、ファインダー用光路
44を有するファインダー光学系43、シャッター釦4
5、フラッシュ46、液晶表示モニター47等を含み、
カメラ40の上部に配置されたシャッター釦45を押圧
すると、それに連動して撮影用対物光学系48を通して
撮影が行なわれる。撮影用対物光学系48によって形成
された物体像が、ローパスフィルター、赤外カットフィ
ルター等のフィルター51を介してCCD49の撮像面
50上に形成される。
In this case, the electronic camera 40 includes a photographing optical system 41 having a photographing optical path 42, a finder optical system 43 having a finder optical path 44, and a shutter button 4.
5, including a flash 46, a liquid crystal display monitor 47, etc.
When the shutter button 45 disposed on the upper part of the camera 40 is pressed, the photographing is performed through the photographing objective optical system 48 in conjunction therewith. An object image formed by the photographing objective optical system 48 is formed on the imaging surface 50 of the CCD 49 via a filter 51 such as a low-pass filter or an infrared cut filter.

【0177】このCCD49で受光された物体像は、処
理手段52を介し、電子画像としてカメラ背面に設けら
れた液晶表示モニター47に表示される。また、この処
理手段52には記録素子61が配置され、撮影された電
子画像を記録することもできる。なお、この記録素子6
1は処理手段52と別体に設けられてもよいし、フロッ
ピー(登録商標)ディスク等により電子的に記録書込を
行なうように構成してもよい。また、CCD49に代わ
って銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成して
もよい。
The object image received by the CCD 49 is displayed as an electronic image on the liquid crystal display monitor 47 provided on the back of the camera via the processing means 52. In addition, a recording element 61 is disposed in the processing means 52, and can record a captured electronic image. Note that this recording element 6
1 may be provided separately from the processing means 52, or may be configured to perform recording and writing electronically using a floppy (registered trademark) disk or the like. Further, the camera may be configured as a silver halide camera in which a silver halide film is arranged instead of the CCD 49.

【0178】さらに、ファインダー用光路44上には、
ファインダー用対物光学系53が配置されており、この
ファインダー用対物光学系53は、カバーレンズ54
と、フォーカシングのために光軸方向に位置調節可能な
正レンズ群57と、明るさ絞り14と第1プリズム3と
第2プリズム4とを備えてなる。また、カバー部材とし
て用いられているカバーレンズ54は、負のパワーを有
するレンズ群であり、画角を拡大している。なお、第1
プリズム3は、本発明の実施例1〜5の第1プリズム3
の構成に加えて、第4入射面31 に設けられたホログラ
ム6からの回折反射光が第4射出面33 に至る光路の途
中に反射面34 を有している。このファインダー用対物
光学系53によって結像面90上に形成された物体像
は、像正立部材であるポロプリズム55の視野枠上に形
成される。
Further, on the finder optical path 44,
A finder objective optical system 53 is provided, and the finder objective optical system 53 includes a cover lens 54.
A positive lens group 57 whose position can be adjusted in the optical axis direction for focusing, a brightness stop 14, a first prism 3 and a second prism 4. The cover lens 54 used as a cover member is a lens group having a negative power, and has an increased angle of view. The first
The prism 3 is the first prism 3 according to the first to fifth embodiments of the present invention.
In addition to the configuration, the diffracted and reflected light from the hologram 6 provided in the fourth entrance surface 3 1 has a reflecting surface 3 4 in the optical path to the fourth exit surface 3 3. The object image formed on the image plane 90 by the finder objective optical system 53 is formed on a field frame of a Porro prism 55 which is an image erecting member.

【0179】なお、その視野枠は、ポロプリズム55の
第1反射面561 と第2反射面56 2 との間を分離し、
その間に配置されている。なお、ポロプリズム55は第
1反射面561 から第4反射面564 でなる。このポロ
プリズム55の後方には、正立正像にされた像を観察者
眼球Eに導く接眼光学系59が配置されている。
Incidentally, the field of view of the Porro prism 55
First reflection surface 561And the second reflecting surface 56 TwoTo separate between
It is located between them. Note that the Porro prism 55 is
1 reflection surface 561To the fourth reflecting surface 56FourIt becomes. This polo
Behind the prism 55, the erect image is formed by the observer.
An eyepiece optical system 59 for guiding to the eyeball E is arranged.

【0180】このように構成されたカメラ40は、ファ
インダー用対物光学系53を少ない光学部材で構成で
き、高性能・低コスト化が実現できると共に、対物光学
系53の光路自体を折り曲げて構成できるため、カメラ
内部での配置の自由度が増し、設計上有利となる。
In the camera 40 configured as described above, the finder objective optical system 53 can be configured with a small number of optical members, high performance and low cost can be realized, and the optical path itself of the objective optical system 53 can be bent. Therefore, the degree of freedom of arrangement inside the camera increases, which is advantageous in design.

【0181】なお、図17の構成において、撮影用対物
光学系48の構成については言及しなかったが、撮影用
対物光学系48としては屈折型同軸光学系の他に、本発
明の本発明の実施例1〜5に示すような2つのプリズム
3、4からなる何れかのタイプの撮像光学系を用いるこ
とも当然可能である。
Although the configuration of the photographing objective optical system 48 has not been mentioned in the configuration of FIG. 17, the photographing objective optical system 48 is not limited to the refraction type coaxial optical system, but may be of the present invention. Of course, it is also possible to use any type of imaging optical system including two prisms 3 and 4 as shown in the first to fifth embodiments.

【0182】また、接眼光学系59を本発明の実施例1
〜5に示すような2つのプリズム3、4からなる何れか
のタイプの接眼光学部材を用いて構成してもよい。
Further, the eyepiece optical system 59 is used in the first embodiment of the present invention.
It may be configured using any type of eyepiece optical member composed of two prisms 3 and 4 as shown in FIGS.

【0183】次に、図18は本発明の撮像光学系を電子
カメラ40の撮影部の対物光学系48に、本発明の観察
光学系を電子カメラ40の接眼光学系59に組み込んだ
構成の概念図を示す。この例の場合は、撮影用光路42
上に配置された撮影用対物光学系48は、正レンズから
なるカバー部材65と本発明の実施例1〜5に示すよう
な2つのプリズム3、4からなる何れかのタイプの撮像
光学系からなる。そして、その第1プリズム3とCCD
49との間にローパスフィルター、赤外カットフィルタ
ー等のフィルター51が配置されており、この撮影用対
物光学系48により形成された物体像はCCD49の撮
像面50上に形成される。このCCD49で受光された
物体像は、処理手段52を介し、液晶表示素子(LC
D)60上に電子像として表示される。また、この処理
手段52は、CCD49で撮影された物体像を電子情報
として記録する記録手段61の制御も行なう。LCD6
0に表示された画像は、接眼光学系59を介して観察者
眼球Eに導かれる。
FIG. 18 is a conceptual diagram showing a configuration in which the imaging optical system of the present invention is incorporated in the objective optical system 48 of the photographing section of the electronic camera 40, and the observation optical system of the present invention is incorporated in the eyepiece optical system 59 of the electronic camera 40. The figure is shown. In the case of this example, the imaging optical path 42
The photographing objective optical system 48 disposed above is composed of a cover member 65 composed of a positive lens and any type of imaging optical system composed of two prisms 3 and 4 as shown in the first to fifth embodiments of the present invention. Become. Then, the first prism 3 and the CCD
A filter 51 such as a low-pass filter or an infrared cut filter is disposed between the CCD 49 and the object image formed by the objective optical system 48 for imaging. The object image received by the CCD 49 is passed through a processing unit 52 to a liquid crystal display (LC).
D) Displayed on 60 as an electronic image. The processing unit 52 also controls a recording unit 61 that records an object image captured by the CCD 49 as electronic information. LCD6
The image displayed at 0 is guided to the observer's eyeball E via the eyepiece optical system 59.

【0184】この接眼光学系59は、本発明の実施例1
〜2に示すような観察光学系と同様の形態を持つ偏心プ
リズム光学系3、4とその射出瞳側に配置されたカバー
レンズ91とからなる。また、LCD60の背後にはそ
れを照明するバックライト92が配置されている。な
お、この撮影用対物光学系48は他のレンズ(正レン
ズ、負レンズ)を2つのプリズム3、4の物体側あるい
は像側にその構成要素として含んでいてもよい。
This eyepiece optical system 59 is used in Embodiment 1 of the present invention.
The decentered prism optical systems 3 and 4 having the same configuration as the observation optical system shown in FIGS. 1 to 2 and a cover lens 91 arranged on the exit pupil side thereof. A backlight 92 for illuminating the LCD 60 is provided behind the LCD 60. The objective optical system for photographing 48 may include another lens (positive lens, negative lens) on the object side or image side of the two prisms 3 and 4 as a component thereof.

【0185】このように構成されたカメラ40は、撮影
用対物光学系48、接眼光学系59を少ない光学部材で
構成でき、高性能・低コスト化が実現できると共に、光
学系全体を同一平面上に並べて配置できるため、この配
置平面と垂直方向の厚みの薄型化が実現できる。
In the camera 40 thus configured, the photographing objective optical system 48 and the eyepiece optical system 59 can be composed of a small number of optical members, so that high performance and low cost can be realized, and the entire optical system is coplanar. The thickness in the direction perpendicular to the arrangement plane can be reduced.

【0186】なお、本例では、撮影用対物光学系48の
カバー部材65として、正レンズを配置しているが、負
レンズあるいは平行平面板を用いてもよい。
In this example, a positive lens is disposed as the cover member 65 of the photographing objective optical system 48, but a negative lens or a plane parallel plate may be used.

【0187】ここで、カバー部材を設けずに、本発明の
撮像光学系の最も物体側に配置された面をカバー部材と
兼用することもできる。本例では、その最も物体側の面
は第2プリズム4の第3入射面41 となる。しかし、こ
の入射面41 が光軸に対して偏心配置されているため、
この面がカメラ前面に配置されてしまうと、被写体側か
ら見た場合、カメラ40の撮影中心が自分からずれてい
るように錯覚してしまい(一般的なカメラ同様、入射面
の垂直方向を撮影していると感じるのが通常であ
る。)、違和感を与えてしまう。そこで、本例のよう
に、結像光学系の最も物体側の面が偏心面である場合に
は、カバー部材65(又は、カバーレンズ54)を設け
ることが、被写体側から見た場合に違和感を受けずに、
既存のカメラと同じ感覚で撮影を受けることができ望ま
しい。
Here, without providing the cover member, the surface of the imaging optical system according to the present invention which is arranged closest to the object can be used also as the cover member. In this example, the surface of the most object side is the third incidence surface 4 1 of the second prism 4. However, since the incidence surface 4 1 is decentered with respect to the optical axis,
If this surface is placed in front of the camera, when viewed from the subject side, it is illusioned that the shooting center of the camera 40 is shifted from itself. You usually feel that you are doing that.) Therefore, when the surface closest to the object side of the imaging optical system is an eccentric surface as in the present example, providing the cover member 65 (or the cover lens 54) may cause an uncomfortable feeling when viewed from the subject side. Without receiving
It is desirable to be able to receive images with the same feeling as an existing camera.

【0188】次に、図19は、本発明による撮像光学系
を電子内視鏡の観察系の対物光学系82に、本発明によ
る観察光学系を電子内視鏡の観察系の接眼光学系87に
組み込んだ構成の概念図を示す。この例の場合、観察系
の対物光学系82、接眼光学系87は実施例1〜5と略
同様の形態の光学系を用いている。この電子内視鏡は、
図19(a)に示すように、電子内視鏡71と、照明光
を供給する光源装置72と、その電子内視鏡71に対応
する信号処理を行なうビデオプロセッサ73と、このビ
デオプロセッサ73から出力される映像信号を表示する
モニター74と、このビデオプロセッサ73と接続され
映像信号等に記録するVTRデッキ75及びビデオディ
スク76と、映像信号を映像としてプリントアウトする
ビデオプリンタ77と、例えば図12に示したような頭
部装着型画像表示装置(HMD)78と共に構成されて
おり、電子内視鏡71の挿入部79の先端部80と、そ
の接眼部81は、図19(b)に示すように構成されて
いる。
Next, FIG. 19 shows an image pickup optical system according to the present invention as an objective optical system 82 of an observation system of an electronic endoscope, and an observation optical system according to the present invention as an eyepiece optical system 87 of an observation system of an electronic endoscope. FIG. In the case of this example, the objective optical system 82 and the eyepiece optical system 87 of the observation system use optical systems having substantially the same form as those of the first to fifth embodiments. This electronic endoscope is
As shown in FIG. 19A, an electronic endoscope 71, a light source device 72 for supplying illumination light, a video processor 73 for performing signal processing corresponding to the electronic endoscope 71, and a video processor 73 A monitor 74 for displaying the output video signal, a VTR deck 75 and a video disk 76 connected to the video processor 73 for recording the video signal and the like, a video printer 77 for printing out the video signal as video, 19B, the distal end portion 80 of the insertion portion 79 of the electronic endoscope 71 and the eyepiece portion 81 thereof are arranged as shown in FIG. It is configured as shown.

【0189】光源装置72から照明された光束は、ライ
トガイドファイバー束88を通って照明用対物光学系8
9により、観察部位を照明する。そして、この観察部位
からの光が、カバー部材85を介して、観察用対物光学
系82によって物体像として形成される。この物体像
は、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフ
ィルター83を介してCCD84の撮像面上に形成され
る。さらに、この物体像は、CCD84によって映像信
号に変換され、その映像信号は、図19(a)に示すビ
デオプロセッサ73により、モニター74上に直接表示
されると共に、VTRデッキ75、ビデオディスク76
中に記録され、また、ビデオプリンタ77から映像とし
てプリントアウトされる。また、HMD78の画像表示
素子5(図13)に表示されHMD78の装着者に表示
される。同時に、CCD84によって変換された映像信
号は画像信号導伝手段93を介して接眼部81の液晶表
示素子(LCD)86上に電子像として表示され、その
表示像は本発明の観察光学系からなる接眼光学系87を
経て観察者眼球Eに導かれる。
The light beam illuminated from the light source device 72 passes through the light guide fiber bundle 88 and the illumination objective optical system 8.
9 illuminates the observation site. Then, light from this observation site is formed as an object image by the observation objective optical system 82 via the cover member 85. This object image is formed on the imaging surface of the CCD 84 via a filter 83 such as a low-pass filter or an infrared cut filter. Further, this object image is converted into a video signal by the CCD 84, and the video signal is directly displayed on the monitor 74 by the video processor 73 shown in FIG.
The video is recorded in the printer and printed out from the video printer 77 as a video. The image is displayed on the image display element 5 (FIG. 13) of the HMD 78 and displayed to the wearer of the HMD 78. At the same time, the video signal converted by the CCD 84 is displayed as an electronic image on the liquid crystal display element (LCD) 86 of the eyepiece section 81 via the image signal transmission means 93, and the displayed image is transmitted from the observation optical system of the present invention. Through the eyepiece optical system 87.

【0190】このように構成された内視鏡は、少ない光
学部材で構成でき、高性能・低コスト化が実現できると
共に、対物光学系80が内視鏡の長軸方向に並ぶため、
細径化を阻害することなく上記効果を得ることができ
る。
The endoscope thus configured can be configured with a small number of optical members, and can realize high performance and low cost. In addition, since the objective optical system 80 is arranged in the longitudinal direction of the endoscope,
The above effect can be obtained without inhibiting the reduction in diameter.

【0191】このように構成された内視鏡は、少ない光
学部材で構成でき、高性能・低コスト化が実現できると
共に、対物光学系80が内視鏡の長軸方向に並ぶため、
細径化を阻害することなく上記効果を得ることができ
る。
The endoscope thus configured can be configured with a small number of optical members, and can realize high performance and low cost. In addition, since the objective optical system 80 is arranged in the long axis direction of the endoscope,
The above effect can be obtained without inhibiting the reduction in diameter.

【0192】次に、本発明の撮像光学系を情報処理装置
の一例であるパソコンに内蔵した構成を示す概念図を図
20〜図22に示す。
Next, FIGS. 20 to 22 are conceptual diagrams showing a configuration in which the imaging optical system of the present invention is incorporated in a personal computer which is an example of an information processing apparatus.

【0193】図20はパソコン300のカバーを開いた
前方斜視図、図21はパソコン300の撮影光学系30
3の断面図、図22は図20の状態の側面図である。図
20〜図22に示されるように、パソコン300は、外
部から繰作者が情報を入力するためのキーボード301
と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を
操作者に表示するモニター302と、操作者自身や周辺
の像を撮影するための撮影光学系303とを有してい
る。ここで、モニター302は、図示しないバックライ
トにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面
からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、C
RTディスプレイ等であってよい。また、図中、撮影光
学系303は、モニター302の右上に内蔵されている
が、その場所に限らず、モニター302の周囲や、キー
ボード301の周囲のどこであってもよい。
FIG. 20 is a front perspective view of the personal computer 300 with the cover opened, and FIG. 21 is a photographing optical system 30 of the personal computer 300.
3 and FIG. 22 is a side view of the state of FIG. As shown in FIGS. 20 to 22, a personal computer 300 is provided with a keyboard 301 for a processor to input information from outside.
And information processing means and recording means (not shown), a monitor 302 for displaying information to the operator, and a photographic optical system 303 for taking an image of the operator and surroundings. Here, the monitor 302 includes a transmissive liquid crystal display element that illuminates from the back with a backlight (not shown), a reflective liquid crystal display element that reflects and displays light from the front,
It may be an RT display or the like. Although the photographing optical system 303 is built in the upper right of the monitor 302 in the drawing, the position is not limited to this, and may be anywhere around the monitor 302 or around the keyboard 301.

【0194】この撮影光学系303は、撮影光路304
上に、本発明の撮像光学系からなる対物光学系200
と、像を受光する撮像素子チップ204とを有してい
る。これらはパソコン300に内蔵されている。
The photographing optical system 303 includes a photographing optical path 304
Above, the objective optical system 200 including the imaging optical system of the present invention
And an image sensor chip 204 for receiving an image. These are built in the personal computer 300.

【0195】ここで、撮像素子チップ204上には付加
的にlRカットフィルター203が貼り付けられて撮像
ユニット206として一体に形成され、対物光学系20
0の鏡枠201の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り
付け可能になっているため、対物光学系200と撮像素
子チップ204の中心合わせや面間隔の調整が不要であ
り、組立が簡単となっている。また、鏡枠201の先端
には、対物光学系200を保護するためのカバーガラス
202が配置されている。
Here, an IR cut filter 203 is additionally attached on the image pickup device chip 204 to be integrally formed as an image pickup unit 206, and the objective optical system 20
Since the lens frame 201 can be fitted and attached to the rear end of the lens frame 201 with a single touch, the centering of the objective optical system 200 and the imaging element chip 204 and the adjustment of the surface interval are not required, and assembly is simplified. I have. Further, a cover glass 202 for protecting the objective optical system 200 is disposed at the tip of the lens frame 201.

【0196】撮像素子チップ204で受光された物体像
は、端子205を介して、パソコン300の処理手段に
入力され、電子画像としてモニター302に表示され
る、図21には、その一例として、操作者の撮影された
画像305が示されている。また、この画像305は、
処理手段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔
地から通信相手のパソコンに表示されることも可能であ
る。
The object image received by the image pickup device chip 204 is input to the processing means of the personal computer 300 via the terminal 205 and is displayed on the monitor 302 as an electronic image. The photographed image 305 of the person is shown. Also, this image 305
It can be displayed on a personal computer of a communication partner from a remote place via the processing means, the Internet or a telephone.

【0197】次に、情報処理装置の他の例として電話、
特に、その中でも持ち運びに便利な携帯電話に本発明の
撮像光学系を内蔵した例を図23に示す。
Next, a telephone, as another example of the information processing apparatus,
In particular, FIG. 23 shows an example in which the imaging optical system of the present invention is incorporated in a portable telephone which is particularly portable.

【0198】図23(a)は携帯電話400の正面図、
図23(b)は側面図、図23(c)は撮影光学系40
5の断面図である。図23(a)〜(c)に示されるよ
うに、携帯電話400は、操作者の声を情報として入力
するマイク部401と、通話相手の声を出力するスピー
カ部402と、操作者が情報を入力する入力ダイアル4
03と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等
の情報を表示するモニター404と、撮影光学系405
と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ406と、画
像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段
(図示せず)とを有している。ここで、モニター404
は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置
は、特にこれらに限られない。この撮影光学系405
は、撮影光路407上に配置された本発明の撮像光学系
からなる200と、像を受光する撮像素子チップ204
とを有している。これらはこれらは、携帯電話400に
内蔵されている。
FIG. 23A is a front view of a mobile phone 400,
FIG. 23B is a side view, and FIG.
5 is a sectional view of FIG. As shown in FIGS. 23A to 23C, the mobile phone 400 includes a microphone unit 401 for inputting the voice of the operator as information, a speaker unit 402 for outputting the voice of the other party, and information for the operator. Input dial 4 for inputting
03, a monitor 404 for displaying information such as a photographed image of the operator himself or the other party and a telephone number, and a photographing optical system 405.
And an antenna 406 for transmitting and receiving communication radio waves, and processing means (not shown) for processing image information, communication information, input signals, and the like. Here, the monitor 404
Is a liquid crystal display element. In addition, in the drawings, the arrangement position of each component is not particularly limited to these. This photographing optical system 405
Denotes an imaging optical system 200 of the present invention disposed on the imaging optical path 407, and an imaging element chip 204 for receiving an image.
And These are built into the mobile phone 400.

【0199】ここで、撮像素子チップ204上には付加
的にlRカットフィルター203が貼り付けられて撮像
ユニット206として一体に形成され、対物光学系20
0の鏡枠201の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り
付け可能になっているため、対物光学系200と撮像素
子チップ204の中心合わせや面間隔の調整が不要であ
り、組立が簡単となっている。また、鏡枠201の先端
には、対物光学系200を保護するためのカバーガラス
202が配置されている。
Here, an IR cut filter 203 is additionally attached on the image sensor chip 204 to be integrally formed as an image pickup unit 206, and the objective optical system 20
Since the lens frame 201 can be fitted and attached to the rear end of the lens frame 201 with a single touch, the centering of the objective optical system 200 and the imaging element chip 204 and the adjustment of the surface interval are not required, and assembly is simplified. I have. Further, a cover glass 202 for protecting the objective optical system 200 is disposed at the tip of the lens frame 201.

【0200】撮像素子チップ204で受光された物体像
は、端子205を介して、図示していない処理手段に入
力され、電子画像としてモニター404に、又は、通信
相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通
信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ62で受
光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する
信号処理機能が処理手段には含まれている。
The object image received by the image sensor chip 204 is input to processing means (not shown) via a terminal 205, and is sent to the monitor 404 as an electronic image, to the monitor of a communication partner, or to both. Is displayed. When transmitting an image to a communication partner, the processing means includes a signal processing function of converting information of an object image received by the image sensor chip 62 into a signal that can be transmitted.

【0201】次に、本発明による光学系を構成するプリ
ズムに体積型ホログラムのような回折素子を設けるとき
の望ましい構成を図28に示す。図中、偏心プリズムP
1,P2は、夫々、本発明の観察光学系又は撮像光学系
中に含まれる第1プリズム3,第2プリズム4である。
いま、像面C(例えば、画像表示素子5の表示面、撮像
素子13の撮像面)が、図のように四角形を形成すると
き、偏心プリズムP1の第1−1面(第1プリズム3の
第1入射面33 )又は偏心プリズムP2の第2−2面
(第2プリズム4の第2射出面41 )が面対称自由曲面
に形成された場合 その対称面Dが、この像面Cを形成する4つの辺の少な
くとも1つと平行になるように配置することが、美しい
像形成の上で望ましい。
Next, FIG. 28 shows a preferred configuration when a diffraction element such as a volume hologram is provided in the prism constituting the optical system according to the present invention. In the figure, eccentric prism P
Reference numerals 1 and P2 denote a first prism 3 and a second prism 4, respectively, included in the observation optical system or the imaging optical system of the present invention.
Now, when the image plane C (for example, the display surface of the image display device 5 and the imaging surface of the imaging device 13) forms a square as shown in the figure, the 1-1 surface of the eccentric prism P1 (the 1st surface of the first prism 3). the 2-2 face (the plane of symmetry D when the second second exit surface 4 1 of the prism 4) are formed in plane-symmetry free-form surface of the first entrance surface 3 3) or decentered prism P2 is, the image plane C Is desirably arranged so as to be parallel to at least one of the four sides forming the image in order to form a beautiful image.

【0202】さらに、この像面Cが正方形や長方形とい
った4つの内角がそれぞれ略90°にて形成されている
場合には、面対称自由曲面の対称面Dは、像面Cの互い
に平行関係にある2辺に対して平行に配置され、この対
称面Dが像面Cを左右又は上下対称にさせる位置に一致
するように構成することが好ましい。このように構成す
れば、装置に組み込むときの組み込み精度が出しやす
く、量産性に効果的である。
Further, when this image plane C has four interior angles, such as a square and a rectangle, each formed at approximately 90 °, the plane of symmetry D of the plane-symmetric free-form surface becomes parallel to the image plane C. It is preferable that the image plane C is arranged parallel to two sides and coincides with a position where the image plane C is symmetrical left and right or up and down. With such a configuration, it is easy to obtain the accuracy of assembling when assembling into the device, which is effective for mass production.

【0203】さらに、偏心プリズムP1,P2を構成す
る光学面である第1−1面(第1プリズム3の第1入射
面33 )、第1−2面(第1プリズム3の第1射出面3
1 )、第1−3面(第1プリズム3の反射面32 )、第
2−1面(第2プリズム4の第2入射面42 )、第2−
2面(第2プリズム4の第2射出面41 )等の内、複数
の面又は全ての面が面対称自由曲面の場合には、複数の
面又は全ての面の対称面が同一面Dの上に配置されるよ
うに構成することが、設計上も、収差性能上も望まし
い。そして、この対称面Dと回折素子6のパワーの面と
の関係は、上述と同様の関係にあることが望ましい。
Further, the 1-1 surface (the first entrance surface 3 3 of the first prism 3) and the 1-2 surface (the first exit of the first prism 3) which are the optical surfaces constituting the decentered prisms P1 and P2. Face 3
1), the 1-3 face (reflecting surface 3 2 of the first prism 3), the 2-1 face (second incidence surface 4 2 of the second prism 4), second-
When a plurality of surfaces or all the surfaces of the two surfaces (the second exit surface 4 1 of the second prism 4) or the like are plane-symmetric free-form surfaces, the plurality of surfaces or the symmetric surfaces of all the surfaces are the same plane D. It is desirable from the viewpoint of both design and aberration performance to be configured to be disposed on the optical axis. It is desirable that the relationship between the symmetry plane D and the power plane of the diffraction element 6 be the same as described above.

【0204】以上、本発明の観察光学系及び撮像光学系
及びそれを用いた装置を実施例に基づいて説明してきた
が、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可
能である。
Although the observation optical system, the imaging optical system, and the apparatus using the same according to the present invention have been described based on the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments and can be variously modified.

【0205】[0205]

【発明の効果】以上、本発明によれば、携帯電話や携帯
情報端末そして頭部装着型の虚像観察装置に用いるのに
適した、明るい表示画像の観察や明るい物体像の撮像が
可能であり、組み立てが容易で、振動等の衝撃に強く、
軽量、コンパクトで、さらに良好に収差補正された観察
光学系及びそれを用いた装置、撮像光学系及びそれを用
いた装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to observe a bright display image and capture a bright object image, which is suitable for use in a portable telephone, a portable information terminal, and a head-mounted virtual image observation device. Easy to assemble, resistant to shocks such as vibration,
It is possible to provide a light-weight, compact, and well-corrected aberration-corrected observation optical system, an apparatus using the same, an imaging optical system, and an apparatus using the same.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1に係る光学系の光軸を含むY
−Z断面図である。
FIG. 1 is a view showing Y including an optical axis of an optical system according to a first embodiment of the present invention.
It is -Z sectional drawing.

【図2】本発明の実施例2に係る光学系の光軸を含むY
−Z断面図である。
FIG. 2 is a view showing Y including an optical axis of an optical system according to a second embodiment of the present invention.
It is -Z sectional drawing.

【図3】本発明の実施例3に係る光学系の光軸を含むY
−Z断面図である。
FIG. 3 is a view showing Y including an optical axis of an optical system according to a third embodiment of the present invention.
It is -Z sectional drawing.

【図4】本発明の実施例4に係る光学系の光軸を含むY
−Z断面図である。
FIG. 4 is a view showing Y including an optical axis of an optical system according to a fourth embodiment of the present invention.
It is -Z sectional drawing.

【図5】本発明の実施例5に係る光学系の光軸を含むY
−Z断面図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating Y including an optical axis of an optical system according to a fifth embodiment of the present invention.
It is -Z sectional drawing.

【図6】実施例1の像歪みを表す収差図である。FIG. 6 is an aberration diagram illustrating image distortion of the first embodiment.

【図7】実施例1のRバンド(赤バンド)の横収差を表
す収差図である。
FIG. 7 is an aberration diagram illustrating an R band (red band) lateral aberration in the first embodiment.

【図8】実施例1のGバンド(緑バンド)の横収差を表
す収差図である。
FIG. 8 is an aberration diagram illustrating a lateral aberration in a G band (green band) according to the first embodiment.

【図9】実施例1のBバンド(青バンド)の横収差を表
す収差図である。
FIG. 9 is an aberration diagram illustrating a lateral aberration in a B band (blue band) according to the first exemplary embodiment.

【図10】ゴースト光除去部材を設けた構成の観察光学
系の光軸を含むY−Z断面図である。
FIG. 10 is a YZ cross-sectional view including an optical axis of an observation optical system having a configuration provided with a ghost light removing member.

【図11】ホログラム素子を回折しないで透過した光が
ゴースト光として悪影響を与えることを示す説明図であ
る。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing that light transmitted through the hologram element without being diffracted has an adverse effect as ghost light.

【図12】本発明の観察光学系を用いた頭部装着型で両
眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着した状態
を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a state in which a head-mounted binocular image display device using the observation optical system of the present invention is mounted on the head of an observer.

【図13】図12の断面図である。FIG. 13 is a sectional view of FIG.

【図14】本発明の観察光学系を用いた頭部装着型で片
眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着した状態
を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a state in which a head-mounted image display device for one eye mounting using the observation optical system of the present invention is mounted on the head of an observer.

【図15】本発明の撮像光学系及び観察光学系を適用し
た電子カメラの外観を示す前方斜視図である。
FIG. 15 is a front perspective view showing the appearance of an electronic camera to which the imaging optical system and the observation optical system of the present invention are applied.

【図16】図15の電子カメラの後方斜視図である。16 is a rear perspective view of the electronic camera of FIG.

【図17】図15の電子カメラの1つの構成を示す断面
図である。
17 is a cross-sectional view illustrating one configuration of the electronic camera in FIG.

【図18】本発明の撮像光学系及び観察光学系を適用し
た別の電子カメラの概念図である。
FIG. 18 is a conceptual diagram of another electronic camera to which the imaging optical system and the observation optical system of the present invention are applied.

【図19】本発明の撮像光学系及び観察光学系を適用し
た電子内視鏡の概念図である。
FIG. 19 is a conceptual diagram of an electronic endoscope to which the imaging optical system and the observation optical system of the present invention are applied.

【図20】本発明の撮像光学系が対物光学系として組み
込れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。
FIG. 20 is a front perspective view of a personal computer in which the imaging optical system of the present invention is incorporated as an objective optical system with a cover opened.

【図21】パソコンの撮影光学系の断面図である。FIG. 21 is a sectional view of a photographic optical system of a personal computer.

【図22】図20の状態の側面図である。FIG. 22 is a side view of the state shown in FIG. 20;

【図23】本発明の撮影光学系が対物光学系として組み
込れた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断
面図である。
23A and 23B are a front view, a side view, and a cross-sectional view of a mobile phone in which the imaging optical system of the present invention is incorporated as an objective optical system.

【図24】角度θの定義を説明するための図である。FIG. 24 is a diagram for describing the definition of an angle θ.

【図25】本発明におけるHOEを定義するための原理
図である。
FIG. 25 is a principle diagram for defining a HOE in the present invention.

【図26】本発明の構成の体積型ホログラムの波長が5
20nmの軸上主光線の入射角に対する回折効率を示す
グラフである。
FIG. 26 shows a case where the volume hologram having the configuration of the present invention has a wavelength of 5;
It is a graph which shows the diffraction efficiency with respect to the incident angle of an on-axis principal ray of 20 nm.

【図27】本発明の構成の体積型ホログラムの波長に対
する入射角度が47.3°の軸上主光線の回折効率を示
すグラフである。
FIG. 27 is a graph showing the diffraction efficiency of an axial chief ray having an incident angle of 47.3 ° with respect to the wavelength of the volume hologram having the configuration of the present invention.

【図28】本発明による光学系を構成するプリズムにH
OEを配置するときの好ましい構成を示す図である。
FIG. 28 shows a prism constituting an optical system according to the present invention,
FIG. 3 is a diagram illustrating a preferred configuration when OEs are arranged.

【図29】球面形状の基板部材にホログラム素子を設け
た場合の2種類のパワーの説明するための図であり、
(a)は正面図、(b)は側面図である。
FIG. 29 is a diagram for explaining two types of power when a hologram element is provided on a spherical substrate member;
(A) is a front view, (b) is a side view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…射出瞳 2…軸上主光線 3…第1プリズム 31 …第1射出面(第4入射面) 32 …反射面 33 …第1入射面(第4射出面) 4…第2プリズム 41 …第2射出面(第3入射面) 42 …第2入射面(第3射出面) 43 …底面 5…LCD 6…体積型ホログラム 13…撮像素子 14…明るさ絞り 15…ゴースト光除去部材 40…カメラ 41…撮像光学系 42…撮影用光路 43…ファインダー光学系 44…ファインダー用光路 45…シャッター 46…フラッシュ 47…液晶表示モニター 48…撮影用対物光学系 49…CCD 50…撮像面 51…フィルター 52…処理手段 53…ファインダー用対物光学系 54…負レンズ群 55…ポロプリズム 561 〜564 …第1〜4反射面 57…レンズ群 59…接眼光学系 60…液晶表示素子(LCD) 61…記録素子 65…カバー部材 71…電子内視鏡 72…光源装置 73…ビデオプロセッサ 74…モニター 75…VTRデッキ 76…ビデオディスク 77…ビデオプリンタ 78…頭部装着型画像表示装置(HMD) 79…挿入部 80…先端部 81…接眼部 82…観察用対物光学系 83…フィルター 84…CCD 85…カバー部材 86…液晶表示素子(LCD) 87…接眼光学系 88…ライトガイドファイバー束 89…照明用対物光学系 90…結像面 91…カバー部材 92…バックライト 93…画像信号導伝手段 100…接眼光学系 102…画像表示装置(本体) 103…側頭フレーム 104…スピーカ 105…映像音声伝達コード 106…再生装置 107…調節部 108…前フレーム 200…対物光学系 201…鏡枠 202…カバーガラス 203…lRカットフィルター 204…撮像素子チップ 205…端子 206…撮像ユニット 300…パソコン 301…キーボード 302…モニター 303…撮影光学系 304…撮影光路 305…画像 400…携帯電話 401…マイク部 402…スピーカ部 403…入力ダイアル 404…モニター 405…撮影光学系 406…アンテナ 407…撮影光路 P1,P2…偏心プリズム C…像面 D…面対称自由曲面の対称面 E…観察者眼球DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Exit pupil 2 ... On-axis chief ray 3 ... 1st prism 3 1 ... 1st exit surface (4th entrance surface) 3 2 ... Reflection surface 3 3 ... 1st entrance surface (4th exit surface) 4 ... 2nd prism 4 1 ... second exit surface (third incidence surface) 4 2 ... second entrance surface (third exit surface) 4 3 ... bottom 5 ... LCD 6 ... volume hologram 13 ... image sensor 14 ... aperture stop 15 ... Ghost light removing member 40 Camera 41 Imaging optical system 42 Imaging optical path 43 Finder optical system 44 Finder optical path 45 Shutter 46 Flash 47 Liquid crystal display monitor 48 Object imaging optical system 49 CCD 50 Imaging surface 51 Filter 52 Processing means 53 Objective optical system for viewfinder 54 Negative lens group 55 Porro prism 56 1 to 56 4 First to fourth reflecting surfaces 57 Lens group 59 Eyepiece optical system 60 Liquid crystal display Elementary Child (LCD) 61 Recording element 65 Cover member 71 Electronic endoscope 72 Light source device 73 Video processor 74 Monitor 75 VTR deck 76 Video disk 77 Video printer 78 Head-mounted image display device (HMD) 79 insertion part 80 tip part 81 eyepiece 82 observation objective optical system 83 filter 84 CCD 85 cover member 86 liquid crystal display (LCD) 87 eyepiece optical system 88 light guide Fiber bundle 89 Illuminating objective optical system 90 Image forming surface 91 Cover member 92 Backlight 93 Image signal conducting means 100 Eyepiece optical system 102 Image display device (main body) 103 Temporal frame 104 Speaker 105: video / audio transmission code 106: playback device 107: adjusting unit 108: previous frame 200: objective optical system 201 mirror frame 202 cover glass 203 IR cut filter 204 imaging element chip 205 terminal 206 imaging unit 300 personal computer 301 keyboard 302 monitor 303 imaging optical system 304 imaging optical path 305 image 400 mobile phone 401 microphone unit 402 speaker unit 403 input dial 404 monitor 405 photographic optical system 406 antenna 407 photographic optical path P1, P2 eccentric prism C image plane D plane symmetric free-form symmetric plane E observer Eyeball

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武山 哲英 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 渡部 壮周 東京都新宿区市谷加賀町一丁目1番1号 大日本印刷株式会社内 Fターム(参考) 2H087 KA00 KA03 LA12 NA02 NA14 RA32 RA34 RA41 RA42 RA46 TA01 TA04 TA06 UA01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Tetsuhide Takeyama 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd. No. 1 Dai Nippon Printing Co., Ltd. F term (reference) 2H087 KA00 KA03 LA12 NA02 NA14 RA32 RA34 RA41 RA42 RA46 TA01 TA04 TA06 UA01

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 観察者が観察する観察像を形成する観察
像形成部材と、前記観察像形成部材によって形成された
観察像を観察者眼球位置に形成される射出瞳に導く接眼
光学部材とを有する観察光学系において、 前記接眼光学部材が、少なくとも、第1プリズム部材と
第2プリズム部材とを含み、 前記第1プリズムが、少なくとも、第1プリズム媒質を
間に挟んで、前記観察像からの光線を前記第1プリズム
内に入射させる第1入射面と、前記第1プリズム内で光
線を反射させる反射面と、前記第1プリズム外に光線を
射出させる第1射出面とを有し、 前記第2プリズムが、少なくとも、第2プリズム媒質を
間に挟んで、前記第1プリズムから射出した光線を前記
第2プリズム内に入射させる第2入射面と、前記第2プ
リズム外に光線を射出させる第2射出面とを有し、 前記第1プリズムと前記第2プリズムとが、前記第1射
出面と前記第2入射面との間にホログラム素子を挟んで
接合配置されるように構成され、 前記第1プリズムの前記反射面が、反射時に光線に正の
パワーを与えるような凹面形状の曲面に形成され、 前記第1射出面と前記第2入射面とが平面あるいはシリ
ンドリカル面から形成されていることを特徴とする観察
光学系。
1. An observation image forming member for forming an observation image observed by an observer, and an eyepiece optical member for guiding an observation image formed by the observation image forming member to an exit pupil formed at an observer's eyeball position. In the observation optical system, the eyepiece optical member includes at least a first prism member and a second prism member, and the first prism has at least a first prism medium interposed therebetween, and has A first incident surface that allows light to enter the first prism, a reflective surface that reflects light within the first prism, and a first exit surface that emits light outside the first prism; A second prism has at least a second incident surface for interposing a second prism medium between the first prism and a light beam emitted from the first prism, and emits a light beam outside the second prism. And a second exit surface, wherein the first prism and the second prism are arranged so as to be joined to each other with a hologram element interposed between the first exit surface and the second entrance surface. The reflecting surface of the first prism is formed into a concave curved surface that gives a positive power to a light ray when reflected, and the first exit surface and the second incident surface are formed from a flat surface or a cylindrical surface. An observation optical system characterized by:
【請求項2】 観察者が観察する観察像を形成する観察
像形成部材と、前記観察像形成部材によって形成された
観察像を観察者眼球位置に形成される射出瞳に導く接眼
光学部材とを有する観察光学系において、 前記接眼光学部材が、少なくとも、第1プリズム部材と
第2プリズム部材とを含み、 前記第1プリズムが、少なくとも、第1プリズム媒質を
間に挟んで、前記観察像からの光線を前記第1プリズム
内に入射させる第1入射面と、前記第1プリズム内で光
線を反射させる反射面と、前記第1プリズム外に光線を
射出させる第1射出面とを有し、 前記第2プリズムが、少なくとも、第2プリズム媒質を
間に挟んで、前記第1プリズムから射出した光線を前記
第2プリズム内に入射させる第2入射面と、前記第2プ
リズム外に光線を射出させる第2射出面とを有し、 前記第1プリズムと前記第2プリズムとが、前記第1射
出面と前記第2入射面との間にホログラム素子を挟んで
接合配置されるように構成され、 前記第1プリズムの前記反射面が、反射時に光線に正の
パワーを与えるような凹面形状の曲面に形成され、 前記第1射出面と前記第2入射面とが次に条件を満たす
球面又はトーリック面から形成されていることを特徴と
する観察光学系。 −2.0<Da/Ra<2.0 ・・・(2) −0.05<Db/Rb<0.05 ・・・(3) ただし、Ra、Daは曲率の大きい方の軸における曲率
半径と外径であり、Rb、Dbは曲率の小さい方の軸に
おける曲率半径と外径である。
2. An observation image forming member for forming an observation image to be observed by an observer, and an eyepiece optical member for guiding an observation image formed by the observation image forming member to an exit pupil formed at an observer's eyeball position. In the observation optical system, the eyepiece optical member includes at least a first prism member and a second prism member, and the first prism has at least a first prism medium interposed therebetween, and has A first incident surface that allows light to enter the first prism, a reflective surface that reflects light within the first prism, and a first exit surface that emits light outside the first prism; A second prism has at least a second incident surface for interposing a second prism medium between the first prism and a light beam emitted from the first prism, and emits a light beam outside the second prism. And a second exit surface, wherein the first prism and the second prism are arranged so as to be joined to each other with a hologram element interposed between the first exit surface and the second entrance surface. The reflection surface of the first prism is formed into a concave curved surface that gives a positive power to a light ray when reflected, and the first exit surface and the second entrance surface satisfy a next condition, or An observation optical system characterized by being formed from a toric surface. -2.0 <Da / Ra <2.0 (2) -0.05 <Db / Rb <0.05 (3) where Ra and Da are the curvatures on the axis having the larger curvature. Rb and Db are the radius of curvature and the outer diameter of the axis with the smaller curvature.
【請求項3】 前記第1プリズムの前記第1入射面が、
透過時に光線にパワーを与えるような曲面形状に形成さ
れ、 前記第2プリズムの前記第2射出面が、透過時に光線に
パワーを与えるような曲面形状に形成されていることを
特徴とする請求項1又は2記載の観察光学系。
3. The method according to claim 2, wherein the first incidence surface of the first prism is
The light emitting device according to claim 1, wherein the second prism has a curved surface shape that gives power to the light beam when transmitted, and the second exit surface of the second prism has a curved surface shape that gives power to the light beam when transmitted. 3. The observation optical system according to 1 or 2.
【請求項4】 前記第1プリズム媒質と前記第2プリズ
ム媒質とが同種の媒質で構成されていることを特徴とす
る請求項1から3の何れか1項記載の観察光学系。
4. The observation optical system according to claim 1, wherein the first prism medium and the second prism medium are formed of the same kind of medium.
【請求項5】 前記第1プリズムの第1射出面の面形状
と前記第2プリズムの第2入射面の面形状とが、略同一
形状にて構成されていることを特徴とする請求項1から
4の何れか1項記載の観察光学系。
5. The surface shape of a first exit surface of the first prism and the surface shape of a second incident surface of the second prism are substantially the same. 5. The observation optical system according to any one of items 1 to 4.
【請求項6】 前記第1プリズムと前記第2プリズムの
備えた光線を透過又は反射させる光学作用面以外の非光
学作用面に、ゴースト光が観察者の眼球へ入射しないよ
うなゴースト光除去部材を設けたことを特徴とする請求
項1から5の何れか1項記載の観察光学系。
6. A ghost light removing member that prevents ghost light from entering an eyeball of an observer on a non-optically active surface other than an optically active surface of the first prism and the second prism that transmits or reflects light rays. The observation optical system according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
【請求項7】 前記第1プリズムの第1入射面の面形状
が回転非対称な曲面形状にて構成されていることを特徴
とする請求項1から6の何れか1項記載の観察光学系。
7. The observation optical system according to claim 1, wherein a surface shape of the first incident surface of the first prism is a rotationally asymmetric curved surface shape.
【請求項8】 前記回転非対称な曲面形状は、対称面が
1面のみの自由曲面にて構成され、前記唯一の対称面
は、光軸の折り返し面(Y−Z平面)に一致しているこ
とを特徴とする請求項7記載の観察光学系。
8. The rotationally asymmetric curved surface shape includes a free-form surface having only one symmetrical surface, and the only symmetrical surface coincides with a folded surface of the optical axis (YZ plane). The observation optical system according to claim 7, wherein:
【請求項9】 前記ホログラム素子が光線を反射回折に
より回転対称成分と回転非対称成分の両方の倍率色収差
を補正するように構成されていることを特徴とする請求
項1から8の何れか1項記載の観察光学系。
9. The hologram element according to claim 1, wherein the hologram element is configured to correct the chromatic aberration of magnification of both the rotationally symmetric component and the rotationally asymmetric component by reflecting and diffracting the light beam. The observation optical system as described.
【請求項10】 軸上主光線と前記ホログラム素子の基
板面とが交わる位置における接平面と前記観察光学系の
最も射出瞳側の面から前記射出瞳に到る軸上主光線との
なす角度をθとしたとき、次の条件式(1)を満足する
ことを特徴とする請求項1から9の何れか1項記載の観
察光学系。 45°<θ<85° ・・・(1)
10. An angle formed between a tangent plane at a position where an on-axis principal ray intersects a substrate surface of the hologram element and an on-axis principal ray from the surface of the observation optical system closest to the exit pupil to the exit pupil. 10. The observation optical system according to claim 1, wherein the following conditional expression (1) is satisfied: 45 ° <θ <85 ° (1)
【請求項11】 前記第2プリズムの前記第2射出面の
面形状が、前記接眼光学部材で発生する回転非対称なコ
マ収差又は非点収差の少なくとも一方の回転非対称な収
差を補正する作用を持った回転非対称な曲面形状にて構
成されていることを特徴とする請求項1から10の何れ
か1項記載の観察光学系。
11. A surface shape of the second exit surface of the second prism has an action of correcting at least one of rotationally asymmetric coma and astigmatism generated by the eyepiece optical member. The observation optical system according to claim 1, wherein the observation optical system is configured to have a curved surface shape that is rotationally asymmetric.
【請求項12】 前記回転非対称な曲面形状は、対称面
が1面のみの自由曲面にて構成され、前記唯一の対称面
は、光軸の折り返し面(Y−Z平面)に一致しているこ
とを特徴とする請求項11記載の観察光学系。
12. The rotationally asymmetric curved surface shape includes a free-form surface having only one symmetrical surface, and the only symmetrical surface coincides with a folded surface of the optical axis (YZ plane). The observation optical system according to claim 11, wherein:
【請求項13】 光軸の折り返し面をY−Z平面とし、
射出瞳から前記観察光学系の最も射出瞳側の面に向かう
軸上主光線の方向をZ軸方向、Z軸に直交し光学系の偏
心方向をY軸方向、X軸、Z軸と右手直交座標系を構成
する軸をY軸とし、前記観察像形成部材のX軸方向の長
さをDx、Y軸方向の長さをDyとし、前記ホログラム
素子の基板面のX軸方向の曲率半径をRx、Y軸方向の
曲率半径がRyとするとき、 −1.0≦Dx/Rx≦0 ・・・(4) −1.0≦Dx/Ry≦0 ・・・(5) 条件を満たすことを特徴とする請求項1から12の何れ
か1項記載の観察光学系。
13. A folding plane of the optical axis is a YZ plane,
The direction of the axial chief ray from the exit pupil to the surface closest to the exit pupil of the observation optical system is orthogonal to the Z-axis direction and the Z-axis, and the eccentric direction of the optical system is the Y-axis direction, and the X-axis and the Z-axis are orthogonal to the right hand. The axis constituting the coordinate system is the Y axis, the length of the observation image forming member in the X axis direction is Dx, the length of the Y axis direction is Dy, and the radius of curvature of the substrate surface of the hologram element in the X axis direction is Assuming that the radii of curvature in the Rx and Y axis directions are Ry, −1.0 ≦ Dx / Rx ≦ 0 (4) −1.0 ≦ Dx / Ry ≦ 0 (5) The observation optical system according to claim 1, wherein:
【請求項14】 請求項1から13の何れか1項記載の
観察光学系を内蔵した本体部と、前記観察光学系の射出
瞳を観察者の眼球位置に保持するように前記本体部を観
察者頭部に支持する支持部材と、前記観察者の耳に音声
を与えるスピーカー部材とを有していることを特徴とす
る頭部装着型画像表示装置。
14. A main unit incorporating the observation optical system according to claim 1, and observing the main unit such that an exit pupil of the observation optical system is held at an eyeball position of an observer. A head-mounted image display device, comprising: a support member that supports the head of a subject; and a speaker member that provides sound to the ears of the observer.
【請求項15】 前記本体部が、右眼用の観察光学系と
左眼用の観察光学系とを備え、前記スピーカー部材が、
右耳用スピーカー部材と左耳用スピーカー部材とを有す
るように構成されていることを特徴とする請求項14記
載の頭部装着型画像表示装置。
15. The main body part includes an observation optical system for a right eye and an observation optical system for a left eye, and the speaker member includes:
15. The head-mounted image display device according to claim 14, wherein the head-mounted image display device is configured to include a right ear speaker member and a left ear speaker member.
【請求項16】 前記スピーカー部材がイヤホンで構成
されていることを特徴とする請求項14又は15記載の
頭部装着型画像表示装置。
16. The head mounted image display device according to claim 14, wherein the speaker member is constituted by an earphone.
【請求項17】 像面に配置された、物体像を撮像する
撮像素子と、瞳面に配置された、物体からの光束の明る
さを絞る明るさ絞りと、前記像面と前記瞳面との間に配
置された、前記物体像を前記像面に導く結像光学部材と
を有する撮像光学系において、 前記結像光学部材が少なくとも、第2プリズム部材と第
1プリズム部材とを含み、 前記第2プリズムが、少なくとも、第2プリズム媒質を
間に挟んで、前記明るさ絞りを通過した物体からの光線
を前記第2プリズム内に入射させる第3入射面と、前記
第2プリズム外に光線を射出させる第3射出面とを有
し、 前記第1プリズムが、少なくとも、第1プリズム媒質を
間に挟んで、前記第2プリズムから射出した光線を前記
第1プリズム内に入射させる第4入射面と、前記第1プ
リズム内で光線を反射させる反射面と、前記第1プリズ
ム外に光線を射出させる第4射出面とを有し、 前記第2プリズムと前記第1プリズムとが、前記第3射
出面と前記第4入射面との間にホログラム素子を挟んで
接合配置されるように構成され、 前記第1プリズムの前記反射面が、反射時に光線に正の
パワーを与えるような凹面形状の曲面に形成され、 前記第3射出面と前記第4入射面とが平面あるいはシリ
ンドリカル面から形成されていることを特徴とする撮像
光学系。
17. An image sensor arranged on an image plane for imaging an object image, a brightness stop arranged on a pupil plane for reducing the brightness of a light beam from an object, and the image plane and the pupil plane An imaging optical system having an imaging optical member arranged to guide the object image to the image plane, wherein the imaging optical member includes at least a second prism member and a first prism member, A second prism having at least a third entrance surface for causing a light beam from an object having passed through the aperture stop to enter the second prism with a second prism medium interposed therebetween; and a light beam outside the second prism. And a third emission surface for emitting light emitted from the second prism into the first prism with at least a first prism medium interposed therebetween. Surface and light within said first prism A reflecting surface for reflecting a line, and a fourth emitting surface for emitting a light beam outside the first prism, wherein the second prism and the first prism include the third emitting surface and the fourth incident surface. And the reflection surface of the first prism is formed as a concave curved surface that gives a positive power to a light beam when reflected, and An imaging optical system, wherein an exit surface and the fourth incident surface are formed from a flat surface or a cylindrical surface.
【請求項18】 像面に配置された、物体像を撮像する
撮像素子と、瞳面に配置された、物体からの光束の明る
さを絞る明るさ絞りと、前記像面と前記瞳面との間に配
置された、前記物体像を前記像面に導く結像光学部材と
を有する撮像光学系において、 前記結像光学部材が少なくとも、第2プリズム部材と第
1プリズム部材とを含み、 前記第2プリズムが、少なくとも、第2プリズム媒質を
間に挟んで、前記明るさ絞りを通過した物体からの光線
を前記第2プリズム内に入射させる第3入射面と、前記
第2プリズム外に光線を射出させる第3射出面とを有
し、 前記第1プリズムが、少なくとも、第1プリズム媒質を
間に挟んで、前記第2プリズムから射出した光線を前記
第1プリズム内に入射させる第4入射面と、前記第1プ
リズム内で光線を反射させる反射面と、前記第1プリズ
ム外に光線を射出させる第4射出面とを有し、 前記第2プリズムと前記第1プリズムとが、前記第3射
出面と前記第4入射面との間にホログラム素子を挟んで
接合配置されるように構成され、 前記第1プリズムの前記反射面が、反射時に光線に正の
パワーを与えるような凹面形状の曲面に形成され、 前記第3射出面と前記第4入射面とが次に条件を満たす
球面又はトーリック面から形成されていることを特徴と
する撮像光学系。 −2.0<Da/Ra<2.0 ・・・(2) −0.05<Db/Rb<0.05 ・・・(3) ただし、Ra、Daは曲率の大きい方の軸における曲率
半径と外径であり、Rb、Dbは曲率の小さい方の軸に
おける曲率半径と外径である。
18. An image sensor arranged on an image plane for imaging an object image, a brightness stop arranged on a pupil plane for reducing the brightness of a light beam from an object, and the image plane and the pupil plane. An imaging optical system having an imaging optical member arranged to guide the object image to the image plane, wherein the imaging optical member includes at least a second prism member and a first prism member, A second prism having at least a third entrance surface for causing a light beam from an object having passed through the aperture stop to enter the second prism with a second prism medium interposed therebetween; and a light beam outside the second prism. And a third emission surface for emitting light emitted from the second prism into the first prism with at least a first prism medium interposed therebetween. Surface and light within said first prism A reflecting surface for reflecting a line, and a fourth emitting surface for emitting a light beam outside the first prism, wherein the second prism and the first prism include the third emitting surface and the fourth incident surface. And the reflection surface of the first prism is formed as a concave curved surface that gives a positive power to a light beam when reflected, and An imaging optical system, wherein the exit surface and the fourth incident surface are formed of a spherical surface or a toric surface satisfying the following condition. -2.0 <Da / Ra <2.0 (2) -0.05 <Db / Rb <0.05 (3) where Ra and Da are the curvatures on the axis having the larger curvature. Rb and Db are the radius of curvature and the outer diameter of the axis with the smaller curvature.
【請求項19】 前記第1プリズムの前記第4射出面
が、透過時に光線にパワーを与えるような曲面形状に形
成され、 前記第2プリズムの前記第3入射面が、透過時に光線に
パワーを与えるような曲面形状に形成されていることを
特徴とする請求項17又は18記載の撮像光学系。
19. The fourth prism according to claim 1, wherein the fourth exit surface of the first prism is formed into a curved shape so as to give power to the light beam when transmitted, and the third incidence surface of the second prism applies power to the light beam when transmitted. 19. The image pickup optical system according to claim 17, wherein the image pickup optical system is formed in a curved shape to give the image.
【請求項20】 前記第1プリズム媒質と前記第2プリ
ズム媒質とが同種の媒質で構成されていることを特徴と
する請求項17から19の何れか1項記載の撮像光学
系。
20. The imaging optical system according to claim 17, wherein said first prism medium and said second prism medium are formed of the same kind of medium.
【請求項21】 前記第1プリズムの第4入射面の面形
状と前記第2プリズムの第3射出面の面形状とが、略同
一形状にて構成されていることを特徴とする請求項17
から20の何れか1項記載の撮像光学系。
21. The surface shape of a fourth entrance surface of the first prism and the surface shape of a third exit surface of the second prism are substantially the same.
21. The imaging optical system according to any one of claims 20 to 20.
【請求項22】 前記第1プリズムと前記第2プリズム
の備えた光線を透過又は反射させる光学作用面以外の非
光学作用面に、ゴースト光が撮像素子へ入射しないよう
なゴースト光除去部材を設けたことを特徴とする請求項
17から21の何れか1項記載の撮像光学系。
22. A ghost light removing member for preventing ghost light from entering the imaging device is provided on a non-optically active surface other than the optically active surface of the first prism and the second prism that transmits or reflects light rays. The imaging optical system according to any one of claims 17 to 21, wherein:
【請求項23】 前記第1プリズムの第4射出面の面形
状が回転非対称な曲面形状にて構成されていることを特
徴とする請求項17から22の何れか1項記載の撮像光
学系。
23. The imaging optical system according to claim 17, wherein a surface shape of a fourth exit surface of the first prism is a rotationally asymmetric curved surface shape.
【請求項24】 前記回転非対称な曲面形状は、対称面
が1面のみの自由曲面にて構成され、前記唯一の対称面
は、光軸の折り返し面(Y−Z平面)に一致しているこ
とを特徴とする請求項23記載の撮像光学系。
24. The rotationally asymmetric curved surface shape includes a free-form surface having only one plane of symmetry, and the only plane of symmetry coincides with the folded plane of the optical axis (YZ plane). The imaging optical system according to claim 23, wherein:
【請求項25】 前記ホログラム素子が光線を反射回折
により回転対称成分と回転非対称成分の両方の倍率色収
差を補正するように構成されていることを特徴とする請
求項17から24の何れか1項記載の撮像光学系。
25. The hologram element according to claim 17, wherein the hologram element is configured to correct the chromatic aberration of magnification of both the rotationally symmetric component and the rotationally asymmetric component by reflecting and diffracting the light beam. An imaging optical system according to any one of the preceding claims.
【請求項26】 軸上主光線と前記ホログラム素子の基
板面とが交わる位置における接平面と前記絞りから前記
撮像光学系の最も絞り側の面に到る軸上主光線とのなす
角度をθとしたとき、次の条件式(1)を満足すること
を特徴とする請求項17から25の何れか1項記載の撮
像光学系。 45°<θ<85° ・・・(1)
26. An angle between a tangent plane at a position where the axial principal ray intersects the substrate surface of the hologram element and an axial principal ray extending from the stop to a surface closest to the stop of the imaging optical system is θ. The imaging optical system according to any one of claims 17 to 25, wherein the following conditional expression (1) is satisfied: 45 ° <θ <85 ° (1)
【請求項27】 前記第2プリズムの前記第3入射面の
面形状が、前記接眼光学部材で発生する回転非対称なコ
マ収差又は非点収差の少なくとも一方の回転非対称な収
差を補正する作用を持った回転非対称な曲面形状にて構
成されていることを特徴とする請求項17から26の何
れか1項記載の撮像光学系。
27. The surface shape of the third entrance surface of the second prism has an action of correcting at least one of rotationally asymmetric coma and astigmatism generated by the eyepiece optical member. The imaging optical system according to any one of claims 17 to 26, wherein the imaging optical system is configured to have a rotationally asymmetric curved surface shape.
【請求項28】 前記回転非対称な曲面形状は、対称面
が一面のみの自由曲面にて構成され、前記唯一の対称面
は、光軸の折り返し面(Y−Z平面)に一致しているこ
とを特徴とする請求項27記載の撮像光学系。
28. The rotationally asymmetric curved surface shape includes a free-form surface having only one plane of symmetry, and the only plane of symmetry coincides with a folded surface of the optical axis (YZ plane). The imaging optical system according to claim 27, wherein:
【請求項29】 光軸の折り返し面をY−Z平面とし、
前記絞りから前記撮像光学系の最も絞り側の面に向かう
軸上主光線の方向をZ軸方向、Z軸に直交し光学系の偏
心方向をY軸方向、X軸、Z軸と右手直交座標系を構成
する軸をY軸とし、前記撮像素子のX軸方向の長さをD
x、Y軸方向の長さをDyとし、前記ホログラム素子の
基板面のX軸方向の曲率半径をRx、Y軸方向の曲率半
径がRyとするとき、 −1.0≦Dx/Rx≦0 ・・・(4) −1.0≦Dx/Ry≦0 ・・・(5) 条件を満たすことを特徴とする請求項17から28の何
れか1項記載の撮像光学系。
29. A folding plane of the optical axis is a YZ plane,
The direction of the axial chief ray from the stop toward the surface closest to the stop of the imaging optical system is the Z-axis direction, the eccentric direction of the optical system is orthogonal to the Z-axis, and the eccentric direction of the optical system is the Y-axis direction. The axis constituting the system is the Y axis, and the length of the image sensor in the X axis direction is D
When the length in the x- and Y-axis directions is Dy, the radius of curvature of the substrate surface of the hologram element in the X-axis direction is Rx, and the radius of curvature in the Y-axis direction is Ry, -1.0 ≦ Dx / Rx ≦ 0 (4) −1.0 ≦ Dx / Ry ≦ 0 (5) The imaging optical system according to any one of claims 17 to 28, wherein the condition is satisfied.
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